VCI indeks procjene pokretljivosti vojnih vozila na temelju NRMM modela je pogodan za procjenu pokretljivosti u realnim uvjetima uporabe vozila. Usporedni MMP model procjene pokretljivost je pogodan za neposrednu usporedbu pokretljivosti različitih vozila

Pokretljivost kotačnih vozila se često definira kao sposobnost kretanja izvan putova. Kako bi se procijenila takva sposobnost vojnih vozila, koriste se različite metode pomoću kojih se procjenjuje pokretljivost vozila po raznim vrstama terena. Procjena pokretljivosti vozila se temelji na teoriji međudjelovanja između kotača i podloge, koje izučava znanstvena disciplina Teramehanika. Model procjene pokretljivosti vozila – oznake NRMM – NATO Reference Mobility Model, temelji se na modelu indeksa mobilnosti vozila izraženo kao VCI indeks.
Ograničenja pokretljivosti vozila u praksi uzrokuju mehanička svojstva terena (glina, pijesak, snijeg) i prepreke (vegetacija, kamenje). Postoji više pristupa ocjeni pokretljivosti vozila kako za gusjenična tako i za kotačna vozila. Danas se koriste slijedeći pristupi izučavanju pokretljivosti vozila: na temelju nominalnog pritiska na tlo NGP (Nominal Ground Pressure), na temelju izračuna srednjeg maksimalnog pritiska MMP – Mean Maximum Pressure, na temelju izračuna konusnog indeksa tla (CI – cone indeks), na temelju VCI indeksa, na temelju Bekkerove analize vrijednosti naprezanja tla, te na temelju analize proklizavanja kotača (gusjenice). Nominalni pritisak na tlo je granični dodirni pritisak kotača na tlo, koji se teško može koristiti za usporedbu dvaju različitih kotača zbog zanemarivanja utjecaja progiba pneumatika opterećenog kotača pri kretanju. Empirijski pristup pri izradi studija pokretljivosti “teren-vozilo” se zbog svoje jednostavnosti najviše primjenjuje.

Srednji maksimalni pritisak MMP (Mean Maximum Pressure). To je djelomično empirijski model (razvijen od British Army Engineer Corps) koji se primjenjuje za meka glinena tla. Manja vrijednost MMP pritiska na podlogu ne dopušta veliko propadanje kotača (gusjenice), što daje bolju pokretljivost vozila. Kada se poveže MMP i nosivost tla (CI), može se uspostaviti korelacija prema kojoj se definira pokretljivost vozila “prolazi / ne prolazi” (go /no go). Za proračun srednjeg maksimalnog pritiska (MMP) najčešće se koristi formula Rowland-a na mekanim podlogama. MMP model omogućava analizu utjecaja konstrukcijskih faktora na smanjenje pritiska na podlogu i prema tome vrednovanje pokretljivosti različitih vozila.
CI – konusni indeks tla / nosivost tla. Za određivanje nosivosti tla pri rješavanju problema interakcije kotač-podloga, odnosno vozilo-teren, rabi se standardizirana metoda prodiranja konusa penetrometra, nazvana konusni indeks (CI), koji omogućava procjenu kretanja vozila na temelju nosivosti podloge “prolazi / ne prolazi”. Kvantitativni pokazatelj mjerenja nosivosti tla / čvrstoće tla pomoću penetrometra je otpor prodiranju konusa u određeno tlo. Otpor prodiranja je određen kao odnos sile potrebne za utiskivanje konusa u tlo i površine baze konusa. Otpor prodiranju se mijenja s dubinom prodiranja konusa u tlo. Normirana vrijednost mjerenja otpora prodiranju konusa na dubini 15 cm (ASAE EP542 1999) je nazvana konusni indeks (CI). Rezultat mjerenja se pokazuje u jedinicama za tlak (kPa, bar). Primjerice, nosivost / čvrstoća vrlo mekanoga tla ima konusni indeks CI < 300 kPa, a srednje čvrsto tlo između 300-500 kPa, a čvrsto tlo iznad 500 kPa.

VCI – konusni indeks vozila (Vehicle Cone Indeks) je NRMM model procjene pokretljivosti vozila, razvijen od WES-a (Army Corps of Engineers at the Waterways Experiment Station in Vicksburg, Mississippi). Promatra se prolaz jednog i više vozila po istom tragu na tipičnom slabonosivom terenu, jer je problem kretanja vozila najčešće povezan s vlažnim koherentnim tlom (fine grain soils/glina, blato, različiti sadržaj vlage: suho, vlažno, mokro).  Za procjenu pokretljivosti vojnih vozila vrednuju se pokazatelji MMP i VCI u zadanim uvjetima kretanja. Često vojnici zahtijevaju da kotačna vozila mogu pratiti gusjenična vozila na mekanim terenima. To se može ostvariti samo ako se pritisak kotačnih vozila približi niskom pritisku gusjeničnih vozila. Inženjerski proračuni na temelju MMP i VCI će tada pokazati kolika treba biti masa kotačnog vozila. Model srednjeg maksimalnog pritiska MMP i konusnog indeksa CI
MMP za vlažno koherentno tlo
formula 1

Može se procijeniti da će manji MMP dati lakša vozila s obzirom na iste ostale parametre. Parametri broja gonjenih osovina i kotača te osobito parametri pneumatika su vrlo važni za predviđanje pokretljivosti vozila. MMP dopušta usporedbu pokretljivosti vozila s različitim konstrukcijskim rješenjima. Ako su sve osovine gonjene, kod vozila 4×4 faktor k=1.83; kod vozila 6×6, k=1.95; te kod vozila 8×8, k=2.05. Faktor k se povećava sa raspodjelom osovinskog pogona: s dvije osovine 1.83-2.20, s tri osovine 1.95-2.62, za četiri osovine 2.05-3.02. Ako se koristi blokiranje osovinskih diferencijala, ekvivalentni MMP se korigira na slijedeći način: MMP x 0.98 za vozila s pogonom 4×2; MMP x 0.97 za vozila s pogonom 4×4; MMP x 0.97 za vozila s pogonom 6×6. Otklon pneumatika je rezultat smanjenja tlaka zraka u pneumatiku uslijed prilagodbe kretanju po slabonosivom terenu. U ovisnosti o padu pritiska, otklon može iznositi do 10% promjera pneumatika. Jasno je da će time MMP vrijednosti na slabonosivom terenu biti manje ali uz smanjenje brzine kretanja vozila. Ova formula je temeljena na masi vozila, broju osovina, veličini pneumatika i konfiguraciji pogona. Izraz je pogodan za direktnu usporedbu između različitih vozila, ali nije u direktnoj korelaciji sa karakteristikama tla.
CI – konusni indeks tla

Na vlažnoj koherentnoj podlozi, je utvrđena jednakost (model Rowlanda):
CI = 0.83 – MMP [kPa]; a označava granični konusni indeks, CIL – Limiting Cone Index

Izraz se može koristiti za određivanje najmanje nosivosti tla pri kojem je vozilo s određenim MMP pokretljivo (nominalno proklizavanje kotača 20%). Drugim riječima, nosivost tla trebala bi iznositi bar 83% dobivenog MMP-a za određeno vozilo kako bi ono uspješno završilo jedan prolaz.
Za višestruki broj prolaza vozila po istom tragu koherentnog tla i određivanje odgovarajućeg CIL koriste se multiplikacijski faktori. Za određeni broj prolaza vozila (multi-pass situation) eksperimentalno su izvedeni RI faktori. To su faktori promjene nosivosti tla (Remoulding Indeks RI) koji praktično uzimaju u obzir višestruki prolaz broja vozila po istoj ruti. Procjena takve stope konusnog indeksa je RCI = RI x CI, odnosno konusni indeks CI se pomnoži s RI faktorom.
Faktori broja prolaza RI

VCI indeks pokretljivosti vozila – NRMM model
VCI indeks za procjenu pokretljivosti vozila je rezultat niza eksperimenata kretanja vozila na koherentnom i pjeskovitom tlu. Na temelju tako razvijenog poluempirijskog izraza za indeks mobilnosti MI (Mobility Index) računaju se VCI indeksi vrijednosti za jedan i za pedeset (VCI1 i VCI50) prolaza. Jednadžba MI rabi bezdimenzijske parametre koji povezuju značajke vozila (težina vozila, širina i promjer guma itd.) s tlom. Značajke vozila se preračunavaju u anglosaske mjere, što otežava proračun VCI indeksa. VCI – Vehicle Cone Index predstavlja minimalnu nosivost tla u kritičnom sloju koji omogućuje da vozilo uspješno završi određen broj prolaza (multi- pass situation).

MI Indeks mobilnosti

VCI indeks prolaza vozila

Empirijska relacija, za vlažno koherentno tlo:
• za jedan prolaz vozila,
VCI1 = 11.48 + 0.2 MI – (39.2/MI + 3.74)
• za 50 prolaza istih vozila,
VCI50 = 28.23 + 0.43 MI – (92.67/MI + 3.67)
Osiguranje pokretljivosti i sposobnosti vuče vozila:
• za jedan prolaz vozila: CI > VCI, prolazi / “go”
• za višestruki prolaz vozila: RCI = RI x CI > VCI, prolazi / “go”.
Sukladno NATO zahtjevima za taktička kotačna vozila, prosječna brzina kretanja koja se zahtjeva pri kretanju po sekundarnim putovima iznosi najmanje 50 km/h. Za kretanje po snijegu, blatu i pijesku brzina vozila iznosi najmanje 15 km/h, a najmanji dopušteni pritisak pneumatika treba pružiti brzinu vozila najmanje 5 km/h. Također, uz pad pritiska na podlogu koji pruža uređaj za središnju regulaciju tlaka u gumama, zahtjeva se vrijednost VCI indeksa ne veća od 22 (VCI za područje gusjeničnih vozila iznosi 18-30). Na vozilima sa središnjim uređajem za podešavanje tlaka zraka, regulacija tlaka se vrši sukladno stanju slabonosive podloge. Smanjenje zemljanog pritiska i smanjenje tlaka zraka u pneumaticima ima pozitivne posljedice na vuču. Smanjenjem tlaka zraka s normalnih 5.5 bara na 1.1 bara, sila vuče na pjeskovitom terenu se povećava do 4.5 puta. Ovo je posljedica povećanja kontaktne površine, odnosno progiba pneumatika, no jasno je da ovako povećanu silu vuče prati i smanjenje brzine vozila. Otklon pneumatika može biti povećan s uobičajenih 5 % na 8 % promjera pneumatika za vožnju po blatnjavom terenu i snijegu. Ovo smanjenje tlaka smanjuje MMP do 25 % za vozilo 8×8 s gumama 14.00 R 20. Za vožnju malom brzinom, na vrlo mekanom terenu, otklon gume može biti povećan za 10 % promjera, što smanjuje MMP za ~ 40 %. Ovo drastično smanjenje tlaka u pneumaticima ograničava brzinu kretanja vozila na 5 km/h, što smanjuje stabilnost vozila na nagibima i povećava mogućnost posjekotina na bočnim stranicama guma.
Usporedni rezultati VCI indeksa i MMP pritiska za neka reprezentativna taktička vojna vozila dani su u tablici (MILTECH 6/2002)

Prema koherenciji pokretljivosti na gusjenicama i kotačima

Ispitivanje pokretljivosti oklopnog vozila Stryker 8×8
Poznato je da gusjenična vozila imaju manji specifični pritisak na podlogu u odnosu na kotačna vozila. Stoga se praktično vojna vozila na gusjenicama i na kotačima međusobno dopunjavaju u djelovanju, na putu i van putova. Međutim, suvremeni vojnici postavljaju stroge zahtjeve da kotačna vozila na teško-prohodnim terenima mogu pratiti gusjenična vozila. To znači da treba istražiti, usporediti i koliko je moguće uskladiti pokazatelje pokretljivosti obje vrste vozila. Prema podacima razvoja britanskog oklopništva, a na temelju srednjeg maksimalnog pritiska MMP (ili VCI indeksa), mogu se uočiti zahtjevi pokretljivosti za gusjenična i kotačna vozila.
MMP zahtjevi za nova kotačna vozila BOV 6×6 i 8×8 za potporu borbenih gusjeničnih vozila pješaštva Warrior i tenkova Challenger:
• za Warrior – borbeno vozilo pješaštva, MMP iznosi ~220 kPa
• za tenk Challenger 2, MMP iznosi ~300 kPa
Za vozila 6×6 i za 8×8 je poželjno da MMP bude < 220 kPa, a neophodno < 300 kPa.
To znači da se prema MMP jednadžbi može odrediti potrebna masa vozila WT. Vozila koriste jednake kotače i pneumatike (16.00R20), te imaju uređaj za središnju regulaciju tlaka zraka u pneumaticima. Temeljem toga slijedi potrebna masa vozila:
• za BOV 6×6 masa vozila iznosi 11-15 tona (110-150 kN)
• za BOV 8×8 masa vozila iznosi 14-19 tona (140-190 kN).

Okolišna prihvatljivost vozila s obzirom na dubinu kolotraga kotača

Sprječavanje uništavanja biljnog svijeta sa kotačima na malim dubinama tla postaje noviji zahtjev naručitelja suvremenih vozila, o kojem se treba voditi računa pri nabavi vozila. To je osobito važno za osjetljivo tlo šumarskog područja (šumarski i drugi radovi, vježbališta, i drugo). Analiza odnosa indeksa kotača i dubine kolotraga, koja je lako uočljiva posljedicom negativnog utjecaja kotača na tlo, pokazuje da je indeks kotača pogodan za ocjenu okolišne prihvatljivosti vozila.
Opći izraz za indeks kotača je: Nk = CI / p, p – dodirni pritisak. Razvijeni i često rabljeni izraz za izračun indeksa kotača temelji se na poznavanju opterećenja kotača, dimenziji pneumatika (promjer, širina, visina profila, progib) i otpora prodiranju konusa, tj. na konusnom indeksu.
Indeks kotača (Maclaurin):

Terenskim mjerenjem normiranog konusnog indeksa tla i primjenom izraza za dodirni pritisak, indeks kotača se kao parametar može lako izračunati. Povezanost indeksa kotača i dubine kolotraga daje parametar koji opisuje okolišnu prihvatljivost uporabe kotačnih vozila. Pritom, dubinu kolotraga do 10 cm kao okolišno prihvatljivo preporučuje protokol EcoWood za rad na prikupljanju drva na osjetljivim šumskim terenima, Stoga, treba znati dubinu kolotraga vojnih vozila, osobito vučnih vozila topništva koja vuku teško naoružanje. Prema tome, ta dubina kolotraga se može prihvatiti kao referentna granična dubina i za različita vozila i strojeve. Na kraju, jednostavnim mjerenjem konusnog indeksa te izračunavanjem poluempirijskih izraza, može se brzo procijeniti okolišna prihvatljivost vojnog ili specijalnog vozila, građevinskog stroja ili šumarskog vozila.

Zaključak
VCI indeks procjene pokretljivosti vojnih vozila na temelju NRMM modela je pogodan za procjenu pokretljivosti u realnim uvjetima uporabe vozila. Usporedni MMP model procjene pokretljivost je pogodan za neposrednu usporedbu pokretljivosti različitih vozila. Zajedno, jedan i drugi pokazatelj pružaju korelaciju i potvrdu ukupne kvalitete pokretljivosti vozila. Na temelju danih jednadžbi mogu se odrediti ključni konstrukcijski parametri vozila visoke pokretljivosti. Usporedba sa gusjeničnim borbenim vozilima po pitanju MMP, najprije određuje masu vozila i prema tome ostale konstrukcijske parametre kotačnih borbenih vozila. Posljednje inačice softwera za izračun pokretljivosti vozila (NRMM II, VEHDIN II, …) omogućavaju predviđanje performansi pri kretanju u najtežim terenskim i vremenskim uvjetima.

Mjerenje parametara kolotraga vozila Stryker
Pokretljivost specijalnih vozila se procjenjuje na određenim područjima i pravcima njihove moguće uporabe u različitim uvjetima i godišnjim dobima. Stoga treba razlikovati i vrednovati pokretljivost taktičkih vozila, pokretljivost kotačnih oklopnih vozila, pokretljivost gusjeničnih borbenih vozila i drugih specijalnih vozila, kao i njihove vučno brzinske performanse, u skladu sa okolišnom prihvatljivošću. Treba razvijati mape pokretljivosti vojnih vozila u skladu s procjenom njihove uporabe i korištenja GPS/GIS softwera.
________________________________________
Literatura
1. J. Y. Wong: Theory of ground vehicles, drugo izdanje, Wiley-Interscience Publication, 1993.
2. B. Maclaurin: Comparing the NRMM (VCI), MMP and VLCI Traction Models, 9th European Conference of the ISTVS, Harper Adams, UK, 2003.
3. Richard M. Ogorkiewicz: A reppraisal of mean maximum pressure (MMP) and other empirical measures of the soft soil capabilities of amrmoured fighting vehicles.
4. NATO Reference Mobility Model (NRMM II) Winter Effects Algorithms, US Army Corps of Engineers, 1999.
5. Light Tactical Vehicle, System specification, Draft, NRMM, version 2.5.7., 1997.
6. P.C. Barton: The influence of Prediction Formulae on Wheeled AFV Design, Cranfield University, Royal Military College of Science, 1998.
7. F. Bianchi: Off-Road Mobility: Problems & Solution, MILTECH 6/2002.
8. G. Radosavljevic, H.P. Reif, D. Christensen: FMTV: the US Army s latest tactical truck familiy, Steyer Antriebstechnik Engineering, Stewart & Stevenson, 1996.
9. K. Ohmiya, Y. Esaki: Cone Resistance Mapping by Handheld Cone Penetrometer and GIS softwere, 15th ISTVS, Hayama, 2005.
10. T. Poršinsky, D. Horvat: Indeks kotača kao parametar procjene okolišne prihvatljivosti vozila za privlačenje drva, Prethodno priopćenje, Nova mehanizacija šumarstva 26 (2005), Zagreb.

Faktori broja prolaza RI
Broj prolaza	1	2	5	10	25	50
RI	1	1,2	1,53	1,85	2,35	2,8

 

 

Usporedni rezultati VCI indeksa i MMP pritiska za neka reprezentativna taktička vojna vozila dani su u tablici (MILTECH 6/2002)
Vozilo	Nosivost (kg)	VCI	MMP
IVECO 40.10 WM 4×4	5000	32	379
M988A2 (Hummer) 4×4	5220	24	312
Bucher DURO 6×4	5600	22	280
MAN KI. 1 4×4	14500	49	556
MAN KI. 1 6×6	18500	44	512
MAN KI. 1 8×8	24200	36	515
IVECO / ASTRA 88.42 8×8	32000	52	670

 

Dinko MIKULIĆ