Рождественский Ю.Л., Морозов А.В. - Разработка конструктивно – компоновочной схемы основного танка (на базе прототипа), страница 2

Таблица 3.1

где х_i – координата центра масс i-ой б/детали относительно кормы машины.

Рисунок 3.2 Схема проникания ОБПС в броневую плиту

где L – глубина проникания снаряда в полубесконечную преграду (глубина каверны)

d – добавка вызванная явлением подпора (откола тыльной части в виде пробки)

h_п – величина подпора для ОБПС, h_п = 35 ¸ 40 мм

δ = h_п / cos α_р

Заметьте, что при увеличении α_р увеличивается величина подпора (d). Поэтому увеличение угла наклона требует увеличения толщины броневой плиты (b_x).

Из рисунка видно, что толщина брони обеспечивающая непробитие будет равна

b_x = L_D + δ

где L_D – глубина пробития получаемая при стрельбе с заданной дистанции.

Заданная величина ожидаемого бронепробития является ни чем иным как математическим ожиданием глубины бронепробития. Следовательно реальная величина глубины бронепробития будет лежать в некотором диапазоне. Для обеспечения вероятности непробития в 95% этот диапазон будет равен 2s_L , в 99% – 3s_L .Таким образом максимально возможная глубина бронепробития на дистанции D=2000м будет равна:

L₂₀₀₀ = m_L2000 + (2¸3)s_L

где m_L – математическое ожидание бронепробиваемости ПТС противника (см. ТТТ).

s_L – среднеквадратическое отклонение от математического ожидания глубины бронепробития, для современных боеприпасов 5% от m_L

Глубина пробития на интересующей дальности будет определяться следующим выражением

L_D = L₂₀₀₀ ± dL ,

где dL – приращение обусловленное дальностью стрельбы. Глубина пробития увеличивается при стрельбе с дистанции менее 2000м (знак «+») и уменьшается при стрельбе с дистанции более 2000м (знак «-»).

dL = k_D · D,

где k_D = 25·10^-3 мм/м

D – дальность произведения выстрела D = 2000 м

Таким образом, толщина броневой детали по нормали будет равна

b = b_x · cos α_р

Толщину борта, днища и крыши см. ТТТ к ВГМ

3.1.2 Расчёт массогабаритных характеристик брони

В разделе 3.1.1 была рассчитана необходимая величина защищающих броневых толщин (b). Эта величина была рассчитана с учётом использования монолитной брони, состоящей из гомогенной стали. В случае использования комбинированной брони толщина броневой детали может быть уменьшена.

Комбинированная броня используется в том случае, когда требуемая толщина брони превышает 100мм (при осуществлении некоторых дополнительных мероприятий комбинированная броня может использоваться при требуемой толщине в 50мм).

Толщина броневой детали с использованием комбинированной брони будет равна

b_г = k_г · b

где k_г – габаритный коэффициент

b_г – габаритная толщина брони

если b > 100мм, то k_г = 0,8 ¸ 0,9

если b < 100мм, то k_г = 1,0

Расчёт массовых характеристик броневых деталей осуществляется исходя из их габаритных характеристик (толщины b_гi и площади F_i ) и плотности материала.

Отношение массы комбинированной брони к массе гомогенной стальной брони выражается массовым коэффициентом

где m_к – масса комбинированной брони;

m_м – масса монолитной брони;

m_к = r_к × V_к = r_к × V_м × k_г и m_м = r_м × V_м ,

где r_к – плотность комбинированной брони (r_к = 5,49510 ³ кг/м³);

r_м– плотность монолитной брони (r_м = 7,8510 ³ кг/м³).

Отсюда:

Таким образом при использовании комбинированной брони мы получаем преимущества по массе почти в два раза!

3.2 Расчёт массы машины

Общая масса машины складывается из массы броневой защиты (массы корпуса и башни) и массы агрегатов.

Если по прототипам отсутствуют весовые характеристики агрегатов, то следует воспользоваться статистическими данными 90-х годов, в соответствии с которыми масса основных танков распределяется по составным частям следующим образом:

Вооружение и боекомплект …………………10¸12%

Двигатель с системами …………………………8¸9%

Трансмиссия …………………………………….4¸6%

Ходовая часть …………………………………18¸22%

Прочие элементы ………………………………..3¸4%

Исходя из процентного соотношения, находим приблизительную массу агрегатов. Суммируя массу агрегатов с массой броневой защиты корпуса и башни, получаем общую массу машины.

В случае превышения допустимой массы машины или значительного смещения ЦМ машины от геометрического центра машины следует провести корректировку компоновки ВГМ и броневой защиты по периметру и высоте.

3.3 Расчёт потребного количества топлива

, (*)

где g_e – удельный расход топлива, кг/Дж. Считаем, что двигатель машины работает в оптимальных условиях и g_e = const.

m_топ – масса топлива, кг;

А – работа совершаемая двигателем, Дж.

Из формулы (*) масса топлива будет равна:

m_топ = A × g_e ,

при этом: A = G × S × cosa × f_пот,

где G – вес гусеничной машины, т;

S – запас хода;

f_пот – суммарный коэффициент потерь, f_пот = (f_тр + f_гд + f_гр ± sina)

где f_тр – удельное сопротивление трансмиссии (зависит от типа трансмиссии);

f_гд – удельное сопротивление гусеничного движителя (зависит от типа соединительных шарниров);

f_гр – удельное сопротивление грунта;

a – преодолеваемый угол подъёма в пути;

sina – этим членом можем пренебречь, считая трассу квазисимметричной, т.е. количество подъёмов на такой трассе приблизительно равно количеству спусков;

cosa – этим членом можно пренебречь в связи с малостью угла a.

Обратите внимание, что потребная масса топлива не зависит от мощности двигателя и скорости движения ГМ, а является функцией внешних условий.

Найдём f_пот для прототипа в соответствии с его характеристиками. Для этого примем: m_топ = m_топпр и G = G_пр , где индекс пр означает характеристику прототипа. Тогда

Рассчитав f_пот можно найти массу топлива для проектируемой вами машины.

m_топ = G × S × cosa × f_пот × g_e

тогда объём топлива будет равен:

V_топ = m_топ /r_топ , где

r_топ – плотность топлива, r_топ = 900 кг/м³.

3.4 Расчёт координаты ЦМ ВГМ

Допущения: 1) в связи с тем, что машина проектируется симметрично относительно продольной оси, считаем, что поперечное положение ЦМ находится на продольной оси симметрии.

2) считаем, что масса ходовой части распределена равномерно и на положение ЦМ машины не влияет.

3.4.1 Определение центра масс башни

Для определения горизонтального положения ЦМ башни необходимо найти положение ЦМ броневой защиты башни, ЦМ орудия (совпадает с координатой крепления орудия) и ЦМ боеукладки башни (если есть). Для этого с чертежа снимаются расстояния положений центров масс орудия и боеукладки относительно кормы машины (координаты ЦМ б/деталей сняты и занесены в таблицу заранее).

Рис.3.3 Пример схемы расположения центров масс

элементов башни

Координата центра масс башни будет равна плечу равнодействующей сил тяжести башни (l_б):

где m_iб – масса i-ого элемента башни;

l_iб – плечо силы тяжести i-ого элемента (расстояние от кормы машины до цм i-ого элемента);

M_б – общая масса башни.

3.4.2 Определение центра масс корпуса

Определение горизонтальной координаты ЦМ корпуса осуществляется аналогично определению ЦМ башни.

Аналогичным образом находятся координаты основных весовых составляющих находящихся в корпусе машины, таких как: боеукладка, топливные баки, МТО и т.п. И по аналогичной формуле находится плечо равнодействующей силы тяжести составных частей корпуса (l_к):

где m_iк – масса i-ого элемента корпуса;

l_iк – плечо силы тяжести i-ого элемента (расстояние от кормы машины до цм i-ого элемента);

M_к – общая масса корпуса.

3.4.3 Определение общего центра масс

Исходя из записанного выше, координата общего центра масс машины будет определятся следующей формулой:

где М_ВГМ – масса ВГМ без ходовой части

3.5 Расчёт элементов башни

3.5.1 Расчёт шариковой опоры башни

На сегодняшний день наиболее целесообразным является использование шариковых опор с тороидальной формой беговых дорожек подвижного и неподвижного погона. Основными деталями такой опоры являются погоны и шарики. Основными силами действующими на опору башни являются G_б – вес башни и R – сила сопротивления откату при выстреле. Работоспособность и долговечность погонов в основном определяются контактными напряжениями смятия погонов, вызванными этими силами.

Рис.3.4 Расчётная схема шариковой опоры

где N₀ – суммарная вертикальная реакция;

N_г – суммарная горизонтальная реакция;

D – диаметр погона;

h – высота крепления орудия;

b – расстояние от оси вращения башни до оси крепления орудия;

φ – угол положения орудия;

ρ – плечо силы веса башни относительно оси вращения башни;

ρ₀ – плечо суммарной вертикальной реакции;

Для расчёта работоспособности шариковой опоры необходимо ввести несколько допущений.

Допущения: 1) ось канала ствола, центр тяжести башни и ось её вращения лежат в одной общей вертикальной плоскости;