Диссертация (Разработка научно обоснованных технических решений защиты экипажа автобронетанковой техники при минно-взрывном воздействии), страница 10

Усилие в энергопоглощающихэлементах можно легко посчитать, зная предельно допустимое ускорение имассу человека и подвижной части сиденья. Энергоноглощающие элементыдолжны иметь силовую характеристику близкую к идеальной пластичности безупрочнения и с минимальной упругой зоной. При наличии конструкциипреднатяженияремнейбезопасностинеобходимопредусмотретьдополнительный ход просадки в размере 5-6 см для натяжения ремней.В обзоре энергопоглощающих кресел (см.

Главу 1) представленыпрактически все известные варианты указанных конструкции. Отметим, что в74силусложностиивысокойстоимостиэнергопоглощающиекреслаиспользовались вначале в основном для летательных аппаратов. Одной изтаких отлаженных серийных конструкций является энергопоглощающее креслоАК-2000 производства ОАО НПП «Звезда», которое используется навертолетах с целью снижения перегрузок при аварийной посадке. При выборенаиболее подходящего варианта конструкции была проверена возможностьиспользования кресла АК-2000 для защиты экипажа АБТ при подрыве на минахи СВУ.Конструкция кресла представлена на Рис. 3.2.

Сиденье устанавливаетсяна качающей «складывающейся» стойке-опоре. Стойка устанавливаетсяшарнирно на четырех кронштейнах, которые шпильками крепятся к полукабины. В верхней части стойки кронштейны шарнирно закрепляются ксиденью. Между верхней и нижней рамками стоек закрепляется одноразовыйдемпфер(энергопоглощающийэлемент)пластическоготипа,порогсрабатывания демпфера составляет 800 кгс (свободный ход – 7-10 см).Энергопоглощениепроисходитзасчетпластическойдеформацииалюминиевого стержня стальными шариками, заключенными в обойму.Для оценки эффективности конструкции указанного кресла оно былоустановлено на водительское место автомобиля ГАЗ 39371 «Водник». Накресле был размещен МЭЧ в виде стальной плиты, массой 70 кг и площадьюопоры 0,07 м2. Корпус автомобиля был усилен противоминным поддоном.Масса автомобиля составляла 6 т.

Был проведен подрыв автомобиля фугаснымзарядом мощностью 4 кг тротила размещенным на земле (стальная плита) врайоне сиденья водителя.По результатам испытаний было установлено, что энергопоглощающийэлемент в кресле не сработал в результате высокой скорости нарастанияперегрузки характерной для подрыва АБТ. При аварийной посадке вертолетапроисходит гораздо более «мягкое» нарастание перегрузки за счет деформациистоек шасси и корпуса.75В результате эксперимента перегрузки на массовом эквиваленте человекадостигли 53-59g (Рис.

3.2). При этом противоминное днище не разрушилось.Рис. 3.2. Механизм энергопоглощения кресла АК 2000, график перегрузки накресле при подрыве на фугасном заряде и энергопоглощающий элемент креслаОсновной особенностью защиты экипажа автобронетанковой техникипри подрыве являются упругопластические деформации пола и боковины (прибоковом подрыве) с очень большими ускорениями (100-10000 g) придостаточно малых прогибах. Эти деформации обуславливают основной способкрепления энергопоглощающих кресел к крыше или боковине, причемнаиболее оптимальным является маятниковая подвеска, которая позволяетподстраиваться под нагрузку, которая действует не строго вертикально.

Второйособенностью перегрузок при подрыве является то, что конструкция получаетначальную скорость подброса изделия как жесткого целого за время 1-2 мс(время действия взрыва). Такое короткое время нарастания перегрузкинакладывает существенные ограничения на конструкцию энергопоглощающихэлементов.

Испытания, которые были проведены НТЦ «Спецтехника»показали, что конструкции элементов, связанные со срезом или смятиемматериала, для таких скоростей нарастания нагрузки, имеют эффект запираниясрабатывания в начальный момент скорости нарастания перегрузки.76После испытаний вертолётного кресла АК-2000 было принято решениедоработать вертолетное энергопоглощающее кресло с маятниковой подвескойдля применения в АБТ. В результате работ была построена и отлаженаматематическая модель динамического поведения кресла [145] и на её основеизготовлен экспериментальный образец (Рис. 3.3) а позже получен патент РФ№ 2448848 [146].Рис.

3.3. Энергопоглощающее кресло НТЦ «Спецтехника». Чертёж кресла (а),чертёж энергопоглощающего элемента (б,в), макетный образец кресла,разработанный для авиации (г), и образец кресла разработанный для АБТ (д)3.2.Отработка математической модели креслаПринцип маятниковой подвески был использован, в том числе припроектировании энергопоглощающего кресла автомобиля ВПК-39272 (Рис. 3.7)[147].77Для отработки математической модели кресла были проведены копровыеиспытания сбросом кресел VSS с интегрированными энерогопоглощающимиэлементами.

На Рис. 3.4 представлены фотографии установки кресла вконструкцию, моделирующую корпус автомобиля (КМКА).Нижнее крепление кресла к КМКАКрепление верхнего узла к силовым балкам КМКАРис. 3.4. Крепление кресла VSS в КМКА.Установка датчиков на копре и кресле показаны на Рис. 3.5.Рис. 3.5. Установка датчиков на копре, кресле и ремнях безопасности78Кресло вывешивается на специальные энергопоглощающие элементы,которые передают на кресло при статическом нагружении, усилие не более 420кг (2 элемента по 210 кг, Рис. 3.6).б)а)Рис. 3.6. Испытание энергопоглощающих элементов на стенде.Кресло установлено на вертикальных тягах, таким образом, что оно имеетвозможность перемещаться в вертикальной плоскости.

Так как испытаниякресла при подрыве трудоемкие и дорогостоящие, то подрыв имитируетсясбрасываниемкресла.Дляэтогокреслокрепитсякконструкции,моделирующей корпус автомобиля, а та, в свою очередь, к копру.Рис. 3.7. Манекен «Гибрид-2» на стенде перед сбрасыванием в сиденииавтомобиля ВПК-39272Были проведены копровые испытания по сбрасыванию противоминногокресла, и по их результатам была уточнена математическая модель кресла.Сбрасывание производилось с высоты 400 мм и 450 мм.

В качестве манекена79использовались АИМтипа «Гибрид-2» и«Скиф». Присбрасываниизамерялись: перегрузки на платформе, кресле и манекене, а также усилия впозвоночнике.Просадка кресла при сбросе с 400 мм – 97 мм, при сбросе с 450 мм – 93мм (уменьшенное перемещение связанно с тем, что энергопоглощающиеэлементы не перезаряжались, и произошел небольшой удар сиденья обоснование).Полученные данные о перегрузках на копре и полученные в результатеинтегрирования графиков перегрузки изменение скорости были использованыдля отладки математической модели манекен-кресло-копер.Математическая 3D модель копра, платформы, кресла, массовогоэквивалента человека (МЭЧ) представлена на Рис.

3.8, а.Силовое взаимодействие копер – пол моделировалось вязко-упругимэлементом. Кресло имеет возможность перемещения вдоль полозьев корпуса.Энергопоглощающие элементы моделировались силовыми элементамисухого трения. По экспериментальным данным была найдена жесткостьподушки сиденья (Рис. 3.8, б).а)б)Рис.

3.8. Математическая 3D модель копра, платформы, кресла, МЭЧ (а).Жесткость подушки сиденья (б)В результате расчетов были получены графики перегрузки на копре,кресле, МЭЧ, усилие в энергопоглощающих элементах, а также просадкакресла при сбросе с 400 мм и 450 мм (Рис. 3.9 – Рис. 3.10). МЭЧ моделировался80элементом массой 70 кг и площадь поверхности соприкосновения с подушкойсидения равной 0,7 м2.а)б)в)д)г)е)Рис. 3.9. Графики перегрузки на копре при сбросе с 400 мм (а), графикиперегрузки на копре при сбросе с 450 мм (б), графики перегрузки на кресле присбросе с 400 мм (в), графики перегрузки на кресле при сбросе с 450 мм(г),графики перегрузки в тазу манекена (сплошная линия) ина МЭЧ (штриховая линия) при сбросе с 400 мм (д), графики перегрузки наМЭЧ при сбросе с 450 мм (е)При проведении копровых испытаний на манекене «Гибрид 2»измерялось усилие в позвоночнике, а на манекене «Скиф» перегрузка в нижнемотделе позвоночника, так как сброс кресла с манекеном «Скиф» с высоты 450мм не проводился, данные о перегрузках есть только для сброса 400 мм.81а)б)г)в)Рис.

3.10. Графики перегрузки на МЭЧ, усилия в энергопоглощающемэлементе и шарнире кресла, сброс с высоты 400 мм (а), сброс с высоты 450мм(б), просадка кресла, при сбросе с высоты 400 мм (в), при сбросе с высоты450 мм (г)Сравнение расчетных и экспериментальных данных показывает, чторезультаты, полученные с помощью расчетной модели, достаточно хорошосогласуются с экспериментальными и могут быть использованы в дальнейшемдля определения перегрузок на человеке и улучшения конструкции кресла.Расчетные и экспериментальные значения перегрузки на кресле отличаются неболее чем на 10% (см.

Рис. 3.9, в, г).Интегрируя ускорение на копре, измеренное в результате эксперимента,получаем суммарное изменение скорости 4 м/с, при сбросе с высоты 40 см и 4,6м/с, при сбросе с высоты 45 см. Скорость, полученная в результате свободногопадения копра с высоты 40 см равна = �2ℎ =2,7 м/с, а с высоты 45 см2,8 м/с – это означает, что дополнительное изменение скорости получилось врезультате отскока копра вверх после соударения.

Полученное суммарноеизменение скорости соответствует подскоку вверх от подрыва на высоту 50 см,при сбросе с 40 см и 53 см, при сбросе с 45 см. При оценке заряда мощностипод колесом машины массой 6 т. (в расчет берем половину массы, которую82подбрасывает при взрыве) пользуясь соотношениями (1.16, 1.21), получим =� �2�2000=�3000�2∗0,53�2000= 4,9 кг или =ℎ318= 3000 ∗0,53318= 5,0 кг, тогда массазаряда в эквиваленте ТНТ примерно равна 5 кг соответственно для высотыподброса 53 см. То есть практически было проведено испытание наработоспособность противоминного кресла при подрыве под колесом примерно5 кг (для машины массой 6 т).