Диссертация (Повышение ходкости и тягово-скоростных свойств глиссирующих амфибийных машин малого класса)

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования«Московский автомобильно-дорожный государственный техническийуниверситет (МАДИ)»На правах рукописиФилатов Владимир ВикторовичПОВЫШЕНИЕ ХОДКОСТИ И ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХСВОЙСТВ ГЛИССИРУЮЩИХ АМФИБИЙНЫХ МАШИНМАЛОГО КЛАССА05.05.03 – Колесные и гусеничные машиныДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, доцентБорисевич Владимир БорисовичМ о с к ва  2 0 1 92ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 4ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА ................................... 91.1. Характеристика мотовездеходов и быстроходных катеров малого класса .......

91.2. Особенности глиссирующих амфибийных машин малого класса.................... 131.3. Анализ научных работ по исследованию ходкости и тягово-скоростных свойствглиссирующих амфибийных машин малого класса .................................................. 171.4. Постановка цели и задач исследования ............................................................... 36ГЛАВА 2. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВКИГЛИССИРУЮЩИХ МАШИН МАЛОГО КЛАССА ...........................................

372.1. Общая модульная компоновка с симметричной посадкой ................................ 372.2. Математические модели конфигурации двухрычажных подвесок, оснащенныхсистемой складывания .................................................................................................. 432.3. Компоновка и принцип работы дополнительного оборудования .....................

572.4. Описание комбинированной энергетической установки, предназначенной дляамфибийных машин ...................................................................................................... 592.5. Выводы по главе 2 .................................................................................................. 63ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВГЛИССИРУЮЩИХ АМФИБИЙНЫХ МАШИН МАЛОГО КЛАССА ......... 663.1.

Теория определения сопротивления движению глиссирующего объекта ....... 663.2. Формирование расчетной модели ........................................................................ 683.3. Описание исследуемых моделей .......................................................................... 723.4. Анализ результатов, полученных в ходе численного эксперимента ................ 753.5. Выводы по главе 3 .................................................................................................. 85ГЛАВА 4. МЕТОД ОЦЕНКИ ХОДКОСТИ И ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХСВОЙСТВ ГЛИССИРУЮЩИХ АМФИБИЙНЫХ МАШИН МАЛОГОКЛАССА С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ.........................................................................................................................................

884.1. Общие положения .................................................................................................. 884.2. Режим сухопутного движения за счет задних обратимых электромашин ....... 9034.3. Режимы водоходного движения за счет двигателя внутреннего сгорания ицентральной обратимой электромашины ................................................................. 1024.4.

Режимы сухопутного движения за счет совместной работы двигателявнутреннего сгорания и задних обратимых электромашин ................................... 1124.5. Выводы по главе 4 ................................................................................................ 118ГЛАВА 5. ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЛИК ГЛИССИРУЮЩЕЙ АМФИБИЙНОЙМАШИНЫ МАЛОГО КЛАССА ............................................................................ 1195.1.

Общая компоновка ............................................................................................... 1195.2. Частные компоновки основных элементов ....................................................... 1215.3. Технико-экономическое обоснование создания разработанного прототипа . 1285.4. Выводы по главе 5 ................................................................................................ 131ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 132СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................................

134Приложение А (Справочное). Копии справки об актуальности и актоввнедрения результатов диссертационной работы .............................................. 145Приложение Б (Обязательное). Классификатор мотовездеходов ................... 148Приложение В (Обязательное). Определение координат центра тяжестиглиссирующей амфибийной машины малого класса ........................................ 151Приложение Г (Обязательное). Влияние параметров составных элементовпередней и задней подвесок на их кинематику ...................................................

152Приложение Д (Обязательное). Данные численного эксперимента ............... 165Приложение Е (Обязательное). Расчет ходкости и тягово-скоростных свойствпрототипа глиссирующей амфибийной машины малого класса .................... 1744ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования:Согласно Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации иобеспечения национальной безопасности на период до 2020 года, утвержденнойПрезидентом Российской Федерации 8 февраля 2013 г.

[83], одним изприоритетных направлений развития является разработка и внедрение вэксплуатацию современных транспортных средств (далее – ТС), обладающихвысокими эксплуатационными свойствами и адаптированных к использованию варктических условиях [60]. В легком, скоростном и проходимом транспортерепереднего края нуждаются специальные подразделения силовых структур [22, 25,41, 42, 58]. Если рассматривать гражданскую сферу применения, то интерес кразработке подобной техники проявляют специалисты ООО «Транснефть Охрана»,которымнеобходимобыстроходноетранспортноесредство,способноеперемещаться по воде и по суше вдоль магистральных трубопроводов,расположенных в труднопроходимых регионах России.

В качестве ТС, способныхвыполнять эти задачи, выступают глиссирующие амфибийные машины малогокласса (далее – ГАММК). Перспективные ГАММК могут также использоваться длявыполнения других актуальных задач народного хозяйства: рыбного и охотничьегопромысла, поисково-спасательных операций и береговой охраны.Известные расчетные методы теории амфибийных машин, а такжесухопутных ТС и быстроходных судов не в полной мере применимы к разработкеГАММК ввиду специфики последних. Необходим системный подход кпроектированиюперспективныхамфибийныхмашин,предполагающийразработку специальных методов расчета основных компонентов и применениеоригинальных технических решений в конструкции.Таким образом, тема диссертационной работы, посвященная научномуобоснованию методов проектирования, обеспечивающих повышенные ходовые итягово-скоростные свойства ГАММК, является актуальной.5Степень разработанности темы исследования:Вопросами проектирования амфибийных машин занимаются специалистыМАДИ, МГТУ им.

Баумана, НАМИ, МАМИ и других профильных организаций. Вданной диссертации рассмотрены труды Гладова Г.И. [33, 34], Лактионова К.Н. иМалахова Д.Ю. [55], Редькина М.Г. [73], Степанова А.П. [81, 82], Тимофеева М.Ю.[90], Gibbs A.T. [4, 8, 91, 92], посвященные разработке амфибий. С точки зренияобеспечения повышенных тягово-скоростных свойств ГАММК представляютинтерес труды в области проектирования сухопутных машин Агейкина Я.С. [6, 7],Афанасьева В.Л.[10], Баулиной Е.Е.[13, 14, 15], Бахмутова С.В.

[16, 48],Борисевича В.Б. [19, 20], Бочарова Н.Ф. [21], Вахламова В.К. [24], Вольской Н.С.[29], Вонга Дж. [30], Гладыша И.А. [32], Златина П.А. [44], Ившина К.С. [45],Котиева Г.О. [51, 52], Литвинова А.С. [56], Нагайцева М.В., [59], Павлова В.В. иКувшинова В.В. [64, 65], Пономарева В.М. [69], Раймпеля Й. [71, 72], СмирноваГ.А. [80], Умняшкина В.А. [93, 94, 95], Фещенко А.И. [96], Chan C.C.

[105], Popp K.[111]. Методы повышения ходкости малых быстроходных судов, которые могутбыть применены к ГАММК, представлены в работах Абдулина А.Я. [1, 2],Апухтина П.А. [9], Басина А.М. [12], Благовещенского С.Н. [17], Васильева В.Ф.[23], Войткунского Я.И. [28], Егорова И.Т. [38, 39], Куликова С.В. [54], Папира А.Н.[66], Сизова В.Г.

[77], Хорхордина Е.Г. [99], Clement E.P. и Blaunt D.L. [106].Целью диссертационной работы является научное обоснование методовпроектирования, обеспечивающих повышенные ходовые и тягово-скоростныесвойства глиссирующих амфибийных машин малого класса.Основные задачи исследования:1. Оценить преимущества и недостатки известных общих компоновокбыстроходныхамфибий.Разработатьобщуюмодульнуюкомпоновкуссимметричной посадкой и обосновать эффективность ее применения для ГАММК;2.

Проанализировать существующие варианты подвесок, подходящих дляГАММК. Разработать схемы и математические модели конфигурации подвесок,оснащенных системой складывания. Определить влияние параметров основныхэлементов на характеристики таких подвесок;63. Изучить гидродинамические свойства ГАММК с различными корпуснымиобводами и дополнительным оборудованием. Оценить влияние конструктивныхмероприятий на ходкость рассматриваемых машин;4. Разработать схему, принцип работы комбинированной энергетическойустановки, предназначенной для ГАММК, а также метод оценки ходкости и тяговоскоростных свойств амфибийных машин с таким типом привода;5.

Сформировать технический облик ГАММК.Объектами исследования являются транспортные средства малого класса:быстроходные амфибийные машины, мотовездеходы и глиссирующие суда.Предметом исследований являются методы оценки ходкости и тяговоскоростных свойств амфибийных машин, компоновочные и конструктивныерешения, направленные на повышение данных эксплуатационных характеристик.Методология и методы исследования:Теоретической основой диссертационной работы являются методы теориидвижения наземного транспортного средства, теории корабля, системногопроектирования, компьютерного моделирования, численного расчета и другие.Научная новизна работы заключается в:- научном обосновании применения общей модульной компоновки ГАММКс симметричной посадкой, обеспечивающей высокую ходкость амфибий;- разработке математических моделей конфигурации двухрычажныхподвесок с системой складывания, позволяющих выбрать размеры и взаимноерасположение составных элементов данных подвесок;-исследованиигидродинамическихсвойствГАММКсразличнойконфигурацией, в результате которого получены графики зависимости основныхпоказателей ходкости от числа Фруда для рассмотренных амфибий;- формировании метода оценки тягово-скоростных свойств и ходкостиГАММК с комбинированной энергетической установкой, позволяющего оценитьданные эксплуатационные характеристики в основных режимах движения, а такжевыбрать параметры элементов силового привода и электросистемы машин.7Теоретическую и практическую значимость работы составляют:- обобщение требований по эксплуатации и особенностей ГАММК, которыемогут быть использованы специалистами при разработке перспективных машин;- формирование схемы общей модульной компоновки ГАММК ссимметричной посадкой, обеспечивающей повышенные сухопутные и водоходныеэксплуатационные свойства машины;-выработка рекомендаций по выбору параметров основных элементовдвухрычажных подвесок с системой складывания;- разработка конструктивных мероприятий, улучшающих ходкость ГАММК;- определение схемы и принципа работы комбинированной энергетическойустановки, расширяющей функциональные возможности ГАММК;- формирование технического облика ГАММК, обладающей повышеннымиходовыми и тягово-скоростными эксплуатационными свойствами.Положения, выносимые на защиту:- научное обоснование применения общей модульной компоновки ссимметричной посадкой для ГАММК;- математические модели конфигурации подвесок с системой складывания;- результаты численного эксперимента по определению гидродинамическихсвойств ГАММК различной конфигурации;- метод оценки ходкости и тягово-скоростных свойств ГАММК скомбинированной энергетической установкой.Степень достоверности и апробация работы:Проверкааналитическихрезультатовматематическихмоделейконфигурации подвесок с системой складывания производится графическимспособом.