Раціональна трансмісія військової колісної машини: від ідеї до реалізації

Abstract

У статті розглянуто інженерні тенденції проєктування озброєння і військової техніки, які засвідчили істотне зростання ролі високотехнологічних систем та інноваційних підходів до їх створення. Зокрема, значний вплив на розвиток військової техніки мають технології штучного інтелекту, робототехніки, нових матеріалів та енергетичних систем, що формують нові вимоги до характеристик технічних засобів. У результаті встановлено, що ефективність функціонування сучасних зразків військової техніки значною мірою визначається рівнем науково проєктування їх основних систем. Аналіз структури та номенклатури бойової броньованої техніки, що використовується Збройними силами України, показав значну частку колісних бойових машин у загальному спектрі озброєння. При цьому колісні платформи охоплюють повністю класи MRAP і бронеавтомобілів та займають істотну частку в інших класах військової техніки. Така тенденція зумовлена їхньою високою мобільністю, відносно нижчою вартістю експлуатації та широкими можливостями застосування у різних типах бойових завдань. Вказано, що досягнення необхідних показників рухомості, маневреності, прохідності та енергоефективності бойових колісних машин значною мірою залежить від ефективності функціонування їх трансмісійних систем. Сучасні механічні ступінчасті трансмісії характеризуються складною структурою, значною кількістю параметрів проєктування та системою технічних обмежень. У результаті обґрунтовано доцільність використання системного підходу до визначення раціональних параметрів трансмісійних систем. Процес раціонального проєктування меха нічних ступінчастих трансмісій характеризується наявністю великої кількості змінних параметрів, числових та функціональних обмежень, а також декількох критеріїв оцінювання ефективності. У таких умовах задача оптимізації набуває багатоекстремального та нелінійного характеру, що ускладнює застосування класичних детермінованих методів оптимізації. Крім того, взаємозв’язок між окремими параметрами системи може формувати суперечливі вимоги до конструктивних рішень. Показано, що ефективним інструментом розв’язання складних задач оптимального проєктування можуть бути стохастичні та метаевристичні алгоритми, які забезпечують глобальний пошук у складному просторі можливих рішень. Їх використання дає змогу враховувати випадковість, уникати "застрягання" у локальних екстремумах та забезпечувати робастність процесу раціонального проєктування. Завдяки поєднанню стратегій глобального та локального пошуку такі алгоритми здатні формувати раціональні параметричні розв’язки навіть за наявності складної системи обмежень. Це дає підстави розглядати метаевристичні алгоритми як перспективний «механізм» раціонального проєктування комплексу елементів механічних ступінчастих трансмісій колісних бронемашин.The article examines engineering trends in the design of weapons and military equipment that demonstrate a significant increase in the role of hightechnology systems and innovative approaches to their development. In particular, the development of military equipment is strongly influenced by artificial intelligence technologies, robotics, new materials, and energy systems, which form new requirements for the characteristics of technical systems. As a result, it has been established that the effectiveness of the functioning of modern models of military equipment is largely determined by the level of scientific design of their main systems. An analysis of the structure and nomenclature of armored combat vehicles used by the Armed Forces of Ukraine has shown a significant share of wheeled combat vehicles in the overall spectrum of armament. At the same time, wheeled platforms fully cover the classes of MRAP vehicles and armored cars and occupy a substantial share in other classes of military equipment. This trend is driven by their high mobility, relatively lower operating costs, and wide possibilities of application in various types of combat tasks. It is indicated that the achievement of the required indicators of mobility, maneuverability, cross-country ability, and energy efficiency of combat wheeled vehicles largely depends on the efficiency of the functioning of their transmission systems. Modern mechanical stepped transmissions are characterized by a complex structure, a large number of design parameters, and a system of technical constraints. As a result, the expediency of using a systems approach to determine the rational parameters of transmission systems has been substantiated. The process of rational design of mechanical stepped transmissions is characterized by the presence of a large number of variable parameters, numerical and functional constraints, as well as several criteria for evaluating efficiency. Under such conditions, the optimization problem acquires a multi-extremal and nonlinear character, which complicates the application of classical deterministic optimization methods. In addition, the interrelation between individual system parameters may generate conflicting requirements for design solutions. It is shown that stochastic and metaheuristic algorithms can be an effective tool for solving complex problems of optimal design, as they provide a global search in a complex space of possible solutions. Their use makes it possible to account for randomness, avoid “stagnation” in local extrema, and ensure the robustness of the rational design process. Due to the combination of global and local search strategies, such algorithms are capable of forming rational parametric solutions even in the presence of a complex system of constraints. This provides grounds for considering metaheuristic algorithms as a promising “mechanism” for the rational design of mechanical stepped transmission systems of wheeledarmored vehicles.