Диссертация (Повышение ходкости и тягово-скоростных свойств глиссирующих амфибийных машин малого класса), страница 3

Недостатками амфибий данного типа являютсяотсутствие необходимой профильной проходимости, ухудшенная управляемость,образование обильной пелены из пыли и снега при движении и высокая шумность.Глиссирующие обводы корпуса (Рисунок 1.4 (в)) чаще всего применяютсядля маломерных катеров и гидроциклов.

Амфибии с таким принципомподдержания способны развивать высокую скорость на воде при сравнительно14низких удельных мощностях, поэтому наиболее экономичны относительноостальных типов машин. Главным недостатком использования глиссирующихобводов корпуса является возникновение сильных ударных нагрузок при движениина волнении, поэтому их применение в морских условиях затруднено.Рисунок 1.4 – Быстроходные амфибии:а – Rinspeed Splash, б – Christy Hovercraft, в – Gibbs QuadskiДля сравнительной оценки параметров ходкости различныхвидовбыстроходных амфибийных машин используем известный в судостроениипоказатель относительной скорости, выраженный в числах Фруда по объемномуводоизмещению FrD, который определяется по формуле:15 =,(1.2)√ √3где vmax – максимальная скорость движения машины по воде, м/с,g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения, м/с2,D – весовое водоизмещение, Н,γ = 9810 Н/м3 – удельный вес воды.При FrD < 1 надводный объект движется в водоизмещающем режиме, при1 < FrD < 3 в переходном режиме и при FrD > 3 в режиме глиссирования.

Для малыхглиссирующих надводных объектов FrD = 3…10.Относительные скорости и удельные мощности амфибий с различнымипринципами гидродинамического поддержания представлены в Таблице 1.1.Таблица 1.1 – Относительные скорости разновидностей быстроходных амфибийПринцип поддержанияЧисло Фруда FrDУдельная мощность Nуд, кВт/тПодводные крылья3…650…100Воздушная подушка5…780…180Глиссирующие обводы2…540…80Как видно из таблицы, наибольшие числа Фруда у амфибий на воздушнойподушке, но для формирования воздушной подушки и обеспечения высокихскоростей им необходима наибольшая удельная мощность.

Машины на подводныхкрыльях развивают большую скорость, чем амфибии с глиссирующими обводами,но вместе с тем для постановки на крыло им требуется большая удельнаямощность. Таким образом, наиболее экономичным способом обеспечения силподдержания для быстроходных машин малого класса является применениеглиссирующихкорпусныхобводов,скоростей при движении на воде.позволяющеедостигатьприемлемых16Многие частные лица и организации обладают авторскими свидетельствамина полезные модели и изобретения в области создания ГАММК [3, 4, 8, 68, 78, 91,92, 102, 103, 104, 108]. В основном, это зарубежные компании (Gibbs Technologies,Sealegs, WaterCar и прочие). Известны разработки отечественных конструкторов(В.А. Грачев, А.А. Липгард, Д.

Кудрячков и других). С 2008 года российскимипредприятиями ООО «Балтийская Машиностроительная Компания» (БМК) и ЗАО«КОМПАН МАРИН» ведется разработка быстроходной амфибийной машинысреднего класса полной массой 3 тонны, аналогом которой являются GibbsHundinga и боевой прототип Gibbs ACC/E [84]. В настоящее время компанией GibbsTechnologies Ltd. [62] выпускаются глиссирующие гидроквадроциклы моделейQuadski XL (Рисунок 1.4 (в)) c продольной посадкой и разрабатываются прототипыTerraquad с поперечной посадкой. Данные амфибии оснащены системойскладывания подвески, позволяющей исключить сопротивление ходовой части придвижении по воде, что улучшает ходкость.Так как ГАММК производства Gibbs имеют гражданское назначение, с точкизрения боевого применения они обладают следующими недостатками: неполныйпривод, недостаточный запас хода, малая грузоподъемность, большие углы свеса,высокая стоимость машины и ее обслуживания, низкая надежность приводныхустройств, отсутствие возможности скрытного режима движения.

В настоящеевремя активно разрабатываются боевые амфибии Gibbs [109], предназначенные длязагоризонтного десантирования (прибрежной высадки с кораблей на воду, выходамашин на берег и их дальнейшего движения по суше).Технические характеристики моделей Gibbs Quadski XL и Terraquad, а такжеориентировочнаятехническаяхарактеристикаперспективныхГАММКпредставлены в Приложении Б.Определим конструктивные особенности, характерные для рассматриваемыхбыстроходных амфибийных машин:- ограниченность бортового пространства для размещения компонентовсистем вследствие небольших габаритных размеров ГАММК;17- высокое отношение массы груза к снаряженной массе у ГАММКотносительно амфибийных машин среднего и тяжелого класса, свидетельствующеео существенном влиянии размещения груза на борту на расположение центра масс;- ограниченная располагаемая энерговооруженность ввиду малой номенклатуры мощных и компактных двигателей, выпускающихся в России;- способность подвески работать при движении на суше и иметь возможностьскладывания в водоходном режиме;- низкое удлинение корпуса относительно быстроходных малых катеров,обуславливающее малую площадь глиссирующей поверхности и потребность вналичии систем, повышающих гидродинамическое качество амфибий.1.3.

Анализ научных работ по исследованию ходкости и тягово-скоростныхсвойств глиссирующих амфибийных машин малого классаОпределим степень разработанности тематики, изучив отечественные изарубежные источники (патенты на изобретения, научно-исследовательскиеработы, статьи из сборников и периодических изданий, книги, учебники и учебныепособия ВУЗов, нормативно-технические документы), содержащие информациюпо методам проектирования сухопутных, водоходных и амфибийных машин.Основной особенностью создания амфибийных машин любого типа иназначения является необходимость конструкторской разработки большогоколичества систем, устройств и механизмов, обеспечивающих надежнуюэксплуатацию машин как на суше, так и на воде.

Общие основы процессапроектирования многоцелевых ТС подробно изложены в трудах Орлова П.И. [61].Чтобысоздатьэффективнуюбыстроходнуюамфибийнуюмашину,необходимо рассмотреть комплекс вопросов (Рисунок 1.5). Из данной схемы,составленной Степановым А.П. [82], можно сделать вывод, что в большинствеосновных блоков содержатся подблоки «суша» и «вода» с различными степенями18взаимосвязи между ними. Поиск баланса между сухопутными и водоходнымихарактеристиками амфибийных машин является комплексной задачей.Рисунок 1.5 – Схема основных вопросов разработки амфибийных машин19Общая компоновка ГАММК и частные компоновки систем машины взначительной степени определяют эксплуатационные характеристики, в числекоторых тягово-скоростные свойства и ходкость.

Не менее важным свойствомамфибийных машин малого класса является проходимость, исследованию которойпосвящены труды Агейкина Я.С. [6, 7]. Для того, чтобы соответствовать характеристикам машин повышенной проходимости, перспективные ГАММК должныобладать полным приводом, иметь высокий дорожный просвет, углы свеса ипродольной проходимости, длинноходную подвеску, внедорожные шины сразвитыми грунтозацепами, обеспечивающие низкое удельное давление на грунт.Достоинства и недостатки различных вариантов общей компоновкиколесных машин повышенной проходимости рассмотрены в работе Бочарова Н.Ф.[21]. Калимулин М.Р.

в своей научной статье [47] формирует технический обликлегких подвижных колесных ТС применительно к горным условиям эксплуатации.Вышеназванные авторы не отражают особенностей компоновок амфибийныхмашин. В статье Зеера В.А. [43] приведено описание компоновки ТС малого классаповышенной проходимости. Данная амфибийная машина предназначена главнымобразом для нужд сельского хозяйства, перемещается по воде в режимеводоизмещения и поэтому имеет неудовлетворительную ходкость.Особенности общих и частных компоновок колесных и гусеничныхамфибийных машин подробно изложены в работе Редькина М.Г. [73].

В трудеСтепанова А.П. [81, 82], помимо этого, приведены оценочные параметры общихкомпоновок амфибий – коэффициент использования массы, удельные показателимощности, транспортная эффективность, коэффициенты удельной трудоемкоститехнического обслуживания и относительной стоимости.Интерес представляют патенты на изобретения общих компоновокбыстроходных амфибийных машин малого класса [3, 4, 8, 92, 102, 103, 104]. Вбольшинстве случаев эти машины представляют собой четырехколесные ТС сколесными формулами 4х2 и 4х4 и независимой подвеской.На Рисунке 1.6 представлены три компоновочные схемы в зависимости отрасположения двигателя, характерные для амфибийных машин малого класса.20Рисунок 1.6 – Характерные схемы общих компоновок ГАММК по расположениюдвигателя: а – в носовой части, б – в кормовой части, в – в средней части;1 – аккумуляторные блоки; 2 – водоходный движитель; 3 – задняя ось;4 – грузовое отделение; 5 – посадочные места; 6 – топливный бак;7 – водоизмещающий корпус; 8 – передняя ось; 9 – двигатель21Рассмотрим преимущества и недостатки данных схем:1.

Расположение двигателя в носовой части корпуса (Рисунок 1.6 (а)).Чаще всего данное компоновочное решение применяется для амфибий,созданных на основе сухопутных машин с передним расположением двигателя.Преимуществами данной схемы являются возможность увеличить грузовоеотделение и облегчить к нему доступ, упростить компоновку моторной установки,трансмиссии и системы управления, обеспечить оптимальные условия охлаждениядвигателя и удобство компоновки водоходного движителя. К недостаткамотносятся наличие существенного начального дифферента на нос при движении поводе, а также сложность привода и системы управления водоходного движителя.2. Расположение двигателя в кормовой части корпуса (Рисунок 1.6 (б)).Данная компоновка используется для военных амфибийных машин,работающих с постоянной полезной нагрузкой.

Расположение двигателя в заднейчасти позволяет обеспечить постоянный дифферент на корму и упростить приводыводоходного движителя. К недостаткам схемы относятся повышение уровнягрузовой платформы и увеличение высоты машины, усложнение компоновкимоторно-трансмиссионной установки и ухудшение условий ее охлаждения.3. Расположение двигателя в средней части корпуса (Рисунок 1.6 (в)).Наиболее часто данная схема используется для самоходных переправочнодесантных средств и грузовых амфибийных машин, работающих на воде и на сушекак в порожнем виде, так и в загруженном. Расположение двигателя в среднейчасти позволяет обеспечить наилучшее распределение веса по осям и практическипостоянный дифферент на корму при плавании с грузом или без, придать носовойи кормовой оконечностям корпуса хорошо обтекаемые формы, а также упроститьтрансмиссию и систему управления сухопутных и водоходных движителей.

Кнедостаткам рассматриваемой схемы относятся повышение уровня грузовойплатформы и увеличение высоты машины, затруднение доступа к моторнотрансмиссионной установке и условий ее охлаждения. При поперечномразмещении двигателя усложняется структура трансмиссии, но увеличивается22вместимостьгрузовойплатформыивысвобождаетсядополнительноепространство в центральной и кормовой частях корпуса амфибийной машины.В целом, наиболее удачной является схема с расположением двигателя всредней части корпуса, главным преимуществом которой является независимостьвеличины дифферента от параметров нагрузки.

Степень влияния груза на общеераспределение масс амфибийных машин оценивается по значению коэффициентаиспользования массы γm, который определяется по формуле [82]: =гр,сн(1.3)где Gгр – масса пассажиров и перевозимого груза, кг,Gсн – снаряженная масса амфибии, кг.Для амфибийных машин малого класса γm = 0,3…0,5, для машин среднего итяжелого класса γm = 0,2…0,3. Исходя из этого, размещение пассажиров и груза наборту оказывает заметное влияние на начальные дифферент и крен ГАММК.Рассмотренные компоновочные схемы не обеспечивают нулевого начальногокрена при посадке только водителя, что негативно скажется на остойчивостиамфибии. Решением данной проблемы является симметричное размещениеводителя и пассажиров (или груза) вне зависимости от их количества на борту.Общая компоновка ГАММК должна обеспечивать посадку водителя ипассажира на центральном сидении при численности экипажа 2 человека (посадка1+1), а также размещение пассажиров на дополнительных посадочных местах побортам при численности экипажа 3 человека (посадка 1+2).