军用无人地面车辆评估《利用离散元法和可扩展性调查评估越野无人地面车辆的机动性》456页

全尺寸军用车辆正在与无人地面车辆（UGV）合作，以提高越野地形上战术行动的成功率。在执行任务期间，UGV 可在软土上进行初始机动性测试，以评估全尺寸军用车辆的性能（如去/不去）。因此，提出了比例模型试验的概念。

比例模型试验可分为两部分，即土壤的可扩展性和轮胎与土壤相互作用的可扩展性。土壤的可扩展性被定义为原位地形（异质）系统和实验室（均质）土壤系统的机械特性之间的关系，同时考虑到沙子、淤泥和粘土颗粒形状和大小分布的差异。在实验室和原位地形条件下，含水量、体积密度、压实度和颗粒间作用力等物理特性保持不变。采用离散元法和爱丁堡弹塑性粘附接触模型对 2NS 和细粒砂进行建模。结果发现，可扩展性取决于测试条件和土壤性质。土壤的异质性会影响土壤系统中存在的内聚力和粘着力。发现压力-沉降和剪应力与剪切位移的关系是可扩展的。锥体指数与深度的关系不可扩展。

此外，使用尺寸分析方法确定了轮胎与土壤相互作用的可扩展性，以建立全尺寸系统和缩放系统的相似性。两个系统中开发的非尺寸参数保持一致。在本研究中，轻型装甲运兵车（如 FED Alpha 和 Land Rover）被视为全尺寸系统（上边界），而 UGV（如 Husky 或 Warthog）则被视为按比例系统（下边界）。因此，在这种特定的轮胎尺寸和载荷范围内，轮胎与土壤的相互作用行为是相似的。建模的全尺寸轮胎是 FED Alpha 335/65R22.5 轮胎，按尺寸缩小到 0.7、0.5 和 0.25。对这两种沙地制作了六个不同的地形模拟模型，锥度指数从 14.79 千帕到 149 千帕不等。结果发现，牵引力和牵引效率与滑移的关系是可扩展的。对于 2NS 和细粒砂，与 NATO 实验相比，拉杆拉力预测的平均误差分别为 12% 和 9%。牵引力随系统规模从平方功率到立方功率变化。总牵引力随系统规模的平方功率而变化。牵引效率在系统规模不变的情况下保持不变。结论是，0.5 比例系统可以预测全比例系统在沙地上的机动性能。这一重要发现可用于设计和开发具有成本效益的轻型 UGV，为战场上的全尺寸军用车辆提供支持。DEM 技术的局限性在于，随着颗粒数量的增加，其计算成本也随之增加。

图 1-2 UGV 为全尺寸军用车辆进行初始机动性测试，以决定战场上越野地形（或软土）的去/不去状态