气动捕手是一种备受争议的奇特技术。
NAMI S-4 半履带车，配备气动悬挂系统
高越野能力的难点
让汽车具备越野性能是一项极其复杂的任务。许多人在各地都尝试过解决这个问题，但至今仍未找到通用的解决方案。事实证明，最佳方案是高速公路，但这恰恰消除了越野的概念。在遥远的未来，坚硬的路面必将出现在地球上最偏远的角落，但就目前而言，我们只能依靠高性能车辆。
故事 越野车的发展历程充满了各种奇特甚至怪异的项目，其中之一便是气垫履带推进系统。在苏联，NAMI研究所负责这一领域的研究，以及其他许多令人惊叹的研发成果。战后最初几十年，苏联国内工程技术可谓蓬勃发展，涌现出大量技术解决方案。设计师们致力于寻找一种通用、经济且可靠的解决方案，以应对俄罗斯传统的越野路况。气垫船、铰接式履带车辆、全地形车等等，不胜枚举。
如果我们设想通过改进推进系统来提高越野能力的问题，它可以简化为降低单位接地压力。这可以通过多种方式实现。最激进的方法是使用气垫船。气垫船的接地压力确实极低，但其实现难度却令人难以置信。另一种选择是增大轮子尺寸、降低内部压力并增加轮子总数。这种方法效果不错，但需要显著增加传动系统的复杂性，成本也会随之增加。相比之下，增加轮宽则被认为成本更低。
典型的NAMI实验车辆，配备拱形轮毂
NAMI曾研发过一系列采用宽胎面拱形轮胎和充气滚轮的实验车辆。但这些方案鲜有在实际应用中取得成功。在国外，人们曾用长达三米的巨型气缸代替车轮进行实验。NAMI的一篇文章对此进行了回顾：
经沙地、沼泽和未受破坏的雪地测试，配备此类气缸的车辆由于接地压力降低，展现出良好的越野性能。然而，即使发动机功率很高，此类车辆的有效载荷能力也极低，这是由于其自重较大、克服气缸惯性阻力所需的发动机功率损失显著、滞后损失以及其他因素造成的。此外，使用这些气缸也带来了一系列设计挑战。
归根结底，老旧但久经考验的履带驱动系统被认为是越野行驶的最佳选择。我们强调，并非最佳选择，而是可接受的选择。履带有很多缺点：在高纬度地区，履带会对土壤造成不可逆转的破坏；行驶时会产生巨大的噪音；重量较重；使用寿命有限；并且在急转弯时容易打滑。金属履带还会造成不均匀的运动，从而对传动系统本身造成动态载荷。
为了弥补履带的不足，工程师们想出了许多办法，包括链式履带、橡胶带履带和橡胶金属铰链履带。20世纪60年代中期，俄罗斯工程师决定尝试另一种解决方案：气动履带。简单来说，它是一种可以用锥子刺穿的履带。
在服役初期，“蝌蚪”号差点就配备了充气履带。图为NAMI S-4型。
理论上，充气履带具备所有优势。这种驱动系统制造相对简单，并且能够完美地抑制底盘滚轮的振动。由于充气履带具有弹性，其与地面的接触面积略大于传统的钢制履带。当配备充气履带的车辆在不平坦的路面上行驶时，滚轮悬架几乎不起作用。这是因为充气履带具有良好的减震效果。NAMI 的开发人员声称，充气履带的使用寿命比钢制履带更长。此外，配备充气履带的车辆所需的滚轮数量也更少。以下摘自一篇关于该主题的科学文章：
例如，如果宽橡胶带履带需要四排滚轮布置，以确保对地面施加均匀压力并消除型材的明显弯曲变形，那么气力履带可以使用两排布置。
气垫履带的优势远不止于此。它们还具有更高的承载能力、在泥泞和雪地中更好的牵引力、对植被的破坏性更小、重量相对较轻，以及更平稳的行驶体验，从而提升了乘客的舒适度。然而，气垫履带也存在两个明显的缺点：容易被刺破以及对低温环境的敏感性。无论是50年前还是现在，都还没有发明出既柔韧又耐寒的橡胶材料。
以金属和橡胶为载体
国产首款采用气垫履带的车辆原型是NAMI S-3全地形车，该车于1962年以莫斯科人-415四驱SUV为基础研制而成。车辆前部保持原样，保留了前驱动桥和配备传统轮胎的车轮。然而，车辆后部则进行了彻底的重新设计：拆除了原有的车轮和驱动桥，取而代之的是两条气垫履带。
每个驱动单元都由一个平衡转向架、三对双轮路轮、一个前驱动链轮和一条单层气动皮带组成——本质上是一个巨大的加固橡胶气囊，像一条环形皮带一样覆盖在滚轮上。该皮带由橡胶帘线制成——一种多层结构，其中纺织或金属线绳提供强度，而橡胶层则提供密封性和弹性。
该车辆在莫斯科附近的NAMI试验场进行了测试，结果表明其在沙质土壤、沼泽草地和潮湿黏土上均表现出可靠的性能。苏联国防部对该车辆的研发表示了兴趣，但并未下达批量生产的订单——该车辆仍处于试验阶段，且气动皮带的使用寿命远未达到预期。
NAMI S-3
1965年，改进型NAMI S-3M问世。它基于动力更强劲、性能更卓越的GAZ-69（著名的“山羊”）打造。该车保留了前轴，但配备了更宽的越野轮胎，以改善前后驱动单元之间的平衡。后底盘采用了加强型橡胶帘布气垫履带，配备直径更小的负重轮和前轮鼓式驱动装置。
该设计看起来很有前景：车辆在土路和越野路面上的表现都非常出色。然而，在公路测试中，一个严重的缺陷暴露出来。这款全地形车在时速40公里以内行驶稳定，这对于军用车队来说是可以接受的。但是，超过这个速度后，问题就出现了：车辆开始左右摇晃，出现了明显的颠簸，过热的橡胶带失去了弹性，从滚轮上脱落。从军方的角度来看，这是一个不可接受的缺陷——作战车辆必须在任何驾驶条件下都可靠。该项目再次停留在原型车阶段。
NAMI S-3M
与S-3M并行，NAMI于1965年开发了S-4型履带车，该车基于UAZ-451D卡车——一款蝌蚪大小的平板卡车，采用4x4驱动布局。S-4型履带车配备360毫米宽、90毫米高、内径1500毫米的履带，驱动单元安装在后桥滑轨上。外侧滚轮带有齿，用于传递扭矩，而中间滚轮则光滑。钢制滚轮上装有可拆卸的橡胶轮辋，以降低噪音并提高气垫带的耐用性。该设计后来进行了改进：为了更好地稳定履带，在履带轮廓上增加了钢制导向脊，以防止横向移动。与其他原型车一样，S-4型履带车仅生产了一台，并未投入量产。
娜美0106
在标准汽车底盘上安装气垫履带暴露出一个根本性问题：原厂的传动系统和冷却系统并非为履带带来的更大负载而设计，而半履带式设计也限制了气垫履带发挥其全部潜力。为了克服这些限制，NAMI于1965年开始研发一种全新的原型车——NAMI-0106铰接式全地形车。
该车辆由两部分组成：前部牵引车和后部主动式挂车，两者通过三自由度胡克铰链连接。这种设计确保了其卓越的机动性——雪地转弯半径仅为5,5米。焊接金属船体采用密封设计，理论上允许车辆在水上行驶。
动力装置位于前部后方，由一台GAZ-21伏尔加发动机、一台UAZ离合器和一个四速变速箱组成，并连接UAZ-452分动箱。扭矩通过传动轴和联轴器铰链传递至后部最终驱动装置，驱动与S-3M螺旋桨相连的气垫履带。转向系统采用液压联轴器铰链驱动——使用了来自乌拉尔-375卡车的液压缸。当牵引车不挂车时，转向由安装在标准车轴套筒位置的干式摩擦多片式车载制动器实现。
NAMI-0106的测试结果令人印象深刻。尽管其离地间隙仅为220毫米，但该车仍能轻松应对高达25度的积雪坡道、深雪以及泥泞的越野路况。1969年夏季，在克拉斯诺达尔边疆区格里戈里耶夫斯卡娅村附近的一片芦苇沼泽地带，模拟丛林环境，对该车进行了独特的测试。得益于其气垫履带的低接地压力，这辆全地形车能够轻松穿过芦苇丛。
然而，测试也暴露出一些严重问题：在潮湿的黏土坝上，多达三公斤的泥浆（由淤泥和黑土混合而成）会粘附在履带上，显著增加阻力。较低的挡泥板位置加剧了泥浆的积聚，而摩擦驱动的效率也因淤泥起到润滑剂的作用而降低。一个关键问题是履带横向刚度不足：在急转弯和高速行驶时，履带会从滚轮上脱落；在松软的土壤上行驶时，履带会鼓胀，楔入支撑面。
NAMI-SZMU
为了解决这些问题，由工程科学博士V. M. Semenov领导的研发团队对履带横截面进行了开创性研究。最初采用的梯形截面被认为不够理想。最终，最有效的解决方案是制造由多个并联的独立气室组成的充气履带。每个气室都有自己的阀门，可以调节压力，从而改变履带在接触宽度上的刚度。例如，降低中间气室的压力，提高两侧气室的压力，可以提高在松软地面上的牵引力，最高速度可达80公里/小时。
这一概念为新一代多腔气动履带的研发奠定了基础——这种铰接式履带设计中，每个气动元件都作为独立的履带单元实现，并与相邻的履带单元连接，形成一条完整的履带链。1968年，在GAZ-69M底盘上制造的NAMI-S3MU原型车的气动履带驱动单元就采用了这种设计。
气动轨道由橡胶绳外壳、阀门、两个凸耳和两个硫化成孔眼的金属销组成，用于连接相邻轨道。单条轨道的尺寸为：高 80 毫米，宽 300 毫米，长 196 毫米。牵引力通过销式啮合传递，经由位于平衡转向架上两排凸耳之间的空心金属滚轮。
NAMI-SZMU-018型气动履带推进装置。我们可以看到，这里剩下的空气不多了。
值得一提的是，开发人员还发明了一种独创的履带张紧机构。传统的螺旋张紧机构借鉴自传统的钢制履带，但在频繁的安装和拆卸过程中却显得十分不便。放下外侧滚轮需要将车辆顶升到相当高的高度。而设计本身就提供了一个解决方案：气动履带的高横向弹性，在行驶过程中原本是一个缺点，但在安装过程中却成为了优势。外侧滚轮现在可以像门一样向侧面折叠，从而方便履带的安装和拆卸。这一巧妙的工程解决方案彻底解决了设计人员的维护难题。
结束的开始
该领域的发展在 20 世纪 70 年代上半叶达到了顶峰，当时 NAMI 的专家与高尔基汽车厂的设计师一起，开始为系列履带式运输车制造成熟的气动履带推进装置。
根据与GAZ公司的一项商业协议，1972年至1973年间，基于量产型GAZ-71雪地摩托车，制造了一款采用全新底盘的实验原型车。该原型车配备了无铰链气动履带，采用长而柔韧的气动履带，兼具单层设计的优点——均匀且静音的卷绕——以及均匀的地面压力分布。这些气动履带由轮胎行业的鄂木斯克科学研究设计技术研究所（NIKTI）使用NAMI模具制造。
国家航空航天研究院（NAMI）的首席专家A. A. Glinka、V. V. Morozov、M. D. Nemtinov、V. M. Semenov、V. I. Solovyov和D. G. Yurushkin，以及来自鲍曼莫斯科国立技术大学和鄂木斯克轮胎厂的科学家参与了这项工作。气动履带由高级工程师P. N. Tikhomirov和首席设计师N. G. Speransky安装，他们同时还监督了在同一原型车上安装他开发的连续可变转向机构。这项工作是在一个封闭式专题计划的框架下进行的，该计划强调了其国防意义。
在戈尔基汽车厂进行了验收测试，结果令人满意：气动履带系统比钢制履带具有显著更高的越野能力，同时几乎没有对植被或表层土壤造成损害。
然而，该项目的命运最终被官僚主义和组织因素所决定。国家汽车工业研究院（NAMI）的领导层，特别是院长A. M. Khlebnikov，积极游说，试图否决气动履带的研究计划，理由是这与研究院的汽车研发重点不符。根据汽车工业部设计与实验工作局的命令，所有工作都从NAMI转移到了高尔基理工学院的全地形车辆工业研究实验室（IRLVM），该实验室此前由S. V. Rukavishnikov领导。项目负责人V. M. Semenov被调往NAMI的另一个部门。更早之前，V. V. Morozov和V. I. Solovyov被迫辞职，D. G. Yurushkin则接受了汽车工业部的管理职位。
至此，NAMI（国家农业机械研究所）对气垫履带驱动装置的十二年研究工作告一段落。然而，该课题并未完全搁置。1976年至1978年间，ONILVM（国家农业机械研究所）研发了适用于2-3吨级牵引拖拉机的气垫履带驱动装置。1980年，全苏农业机械化研究所底盘系统部证实，此类驱动装置能够降低土壤压实度。1991年，副教授N. B. Veselov组建了全地形运输机械专业设计局，该设计局后来发展成为ZAO Transport（运输股份公司）。1991年至2002年间，该机构研发了约30辆采用气垫履带驱动装置的全地形运输和工艺车辆实验样车。
为什么这项前景广阔的技术在苏联始终未能得到广泛应用？原因很复杂。首先，在20世纪60年代和70年代，缺乏足够耐用和耐磨的橡胶帘线材料：气动输送带磨损很快，尤其是在岩石和坚硬的土壤上作业时，而且现场维修也很困难。
其次，作为主要潜在用户的军方客户对可靠性和速度有着严格的要求——履带在时速超过40公里/小时以及急转弯时的打滑问题对作战车辆至关重要。第三，苏联的计划体系以大规模生产和标准化为导向，不愿接受需要建立独立生产基地和培训人员的全新设计。
最终，一个纯粹的主观因素——个人野心和NAMI领导层内部的冲突——导致该项目在即将付诸实践之际走向失败。NAMI研究副主任A. A. Lipgart虽然高度赞赏该项目的科研成果，但在学术委员会讨论谢苗诺夫博士论文的会议上，他也承认：
虽然已经做了很多工作，也取得了一些非常有趣的科学成果，但我并不清楚这些设计的实际应用。
如今，环境问题和脆弱的北极生态系统的保护已成为关注的焦点，一种不会破坏植被或永久冻土的气垫履带车辆似乎是一个出人意料的及时解决方案，领先时代半个世纪。
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