Диссертация (Повышение ходкости и тягово-скоростных свойств глиссирующих амфибийных машин малого класса), страница 4

Определив схемуобщей компоновки, рассмотрим частные компоновки основных систем амфибии.Система подрессоривания непосредственно влияет на эксплуатационныесвойства машины. Особенность подвески ГАММК заключается в ее возможностискладывания на воде наряду с обеспечением эффективной работы на суше.Складывание и экранирование ходовой части существенно снижает сопротивлениедвижению и, как следствие, повышает ходкость.Прежде всего, необходимо определить подходящую для ГАММК структуруподвесок колес. Конструктивные схемы различных типов подвесок, их23преимущества и недостатки подробно рассмотрены в работах Вонга Дж.

[30],Литвинова А.С. [56], Раймпеля Й. [71, 72], Ротенберга Р.В. [74] и др. Практическиерекомендации по проектированию подвесок представлены Хаммиллом Д. в работе[100]. Наиболее распространенные схемы подвесок изображены на Рисунке 1.7.Зависимая (Рисунок 1.7 (а)) и однорычажная независимая (Рисунок 1.7 (б))подвески отличаются тем, что вертикальное перемещение колеса сопровождаетсясущественным угловым перемещением λ, что вызывает гироскопический эффект,возбуждающий колебания колеса относительно ступицы.В двухрычажной подвеске с рычагами равной длины (Рисунок 1.7 (в))угловое перемещение колеса отсутствует, но значительным является поперечноеперемещение Δl, влияющее на износ шин и боковую устойчивость.В двухрычажной подвеске с рычагами разной длины (Рисунок 1.7 (г)) приугловом перемещении колеса λ = 5...6 и отношением длин рычагов р/р1 = 0,55...0,65гироскопический момент гасится моментом сил трения в системе, а поперечноеперемещение Δl = 4...5 мм компенсируется упругостью шин.Рычажно-телескопическая подвеска передних колес типа «МакФерсон»(Рисунок 1.7 (д)) обеспечивает незначительные изменения колеи, развала исхождения колес, при этом замедляется износ шин, улучшается устойчивостьмашины.

Подвеска имеет один нижний поперечный рычаг и амортизаторнуюстойку с верхним шарнирным креплением под крылом. Малые размеры и масса,существенное расстояние по высоте между опорами и длинноходность такжеотносятсякпреимуществамэтойподвески.Конструктивныетрудностиобусловлены нагружением крыла в точке крепления верхней опоры.Двухрычажная подвеска с торсионом (Рисунок 1.7 (е)) имеет такие жедостоинства и недостатки, как и подвеска, представленная на Рисунке 1.7 (г).Данная схема более компактна, так как упругий элемент в виде торсионаодновременно является нижним направляющим рычагом.Для двухрычажной подвески с продольным качанием (Рисунок 1.7 (ж))характерно продольное перемещение колес ΔL при отсутствии поперечногоперемещения и наклона.24Рисунок 1.7 – Кинематические схемы подвесок сухопутных ТС:а – зависимая, б – однорычажная независимая, в – двухрычажная с рычагамиравной длины, г – двухрычажная с рычагами разной длины,д – рычажно-телескопическая, е – двухрычажная с торсионом,ж – двухрычажная с продольным качаниемИз всего многообразия известных конструкций для мотовездеходов чащевсего используется двухрычажная независимая подвеска на поперечных рычагах.Для задней оси ГАММК целесообразно применять подвеску с продольнымрасположением рычагов, что позволит высвободить объем в кормовой частиамфибии для размещения водовода водоходного движителя.

Двухрычажнаяподвеска передней и задней осей на поперечных рычагах с системой складыванияприменяется на ГАММК производства Gibbs. Известные конструкции [68, 78]таких систем подрессоривания предназначены для амфибийных машин среднегокласса, они недостаточно компактны для ГАММК.25Такимобразом,необходиморазработатькомпоновочнуюсхемускладывающейся подвески, подходящей для ГАММК. Следует также разработатьматематические модели по выбору параметров составных элементов подвесок ссистемой складывания, взяв за основу методику, представленную в статье [29].Осуществить контроль результатов, полученных по математической модели,возможно с помощью графического способа, рассмотренного в монографииРаймпеля Й. [72].После структурного и параметрического синтеза подвескиможно определить такие эксплуатационные свойства машины, как плавность хода,устойчивость и управляемость по методам, представленным в трудах АфанасьеваВ.Л.

[10] и Павлова В.В. [64].Подвеска с системой складывания определяет специфику рулевогоуправления ГАММК. Для управляемых колес необходимо предусмотретьдополнительное статическое положение рулевых тяг при сложенной подвескеколес амфибии. Помимо этого, наличие сухопутного и водоходного движителейобуславливает потребность в разработке комплексной системы управления,причем объединение органов управления движителями в одном агрегате являетсяпредпочтительным. Методик проектирования систем управления, рассмотренныхв работах Вахламова В.К.

[24], Вонга Дж. [30] и других авторов, достаточно дляразработки системы управления ГАММК с учетом вышеперечисленных факторов.Чтобы оценить водоходные качества машины, необходимо определитьпараметры плавучести, остойчивости, непотопляемости, ходкости, маневренности,мореходности, а также рассмотреть режимы выхода из воды на берег и спуск сберега на воду. Методы определения упомянутых параметров для ГАММК сходныс методами теории корабля, подробно изложенными Апухтиным [9], Басиным А.М.[12], Благовещенским С.Н.

[17], Войткунским Я.И. [28] и Сизовым В.Г. [77].Особенности расчета водоходных свойств амфибийных машин рассмотрены вкнигах Степанова А.П. [81, 82].Отдельное внимание следует уделить обеспечению параметров ходкостиГАММК ввиду низкого показателя βWL, представляющего собой соотношение:26 =,(1.4)где LWL– габаритная длина амфибии по ватерлинии, м,BWL – габаритная ширина амфибии по ватерлинии, м.У ГАММК показатель βWL = 1,6…2,0.

Для сравнения у современных малыхглиссирующих катеров βWL = 2,0…3,2. Чем ниже этот показатель, тем хужеходкость и устойчивость на курсе вследствие плохой обтекаемости корпуса, новыше остойчивость и управляемость водоходного объекта. Наличие в корпусеамфибийной машины колесных ниш и прочих специальных конструктивныхэлементов вызывает дополнительное увеличение сопротивления движению иуменьшает общую площадь восприятия гидродинамических подъемных сил. Длятого, чтобы улучшить ходкость ГАММК, необходимо оптимизировать корпусныеобводы и/или применять дополнительное оборудование, которое позволитэкранировать колесные ниши и увеличить показатель удлинения корпуса βWL.Методы оценки ходкости для амфибийных машин с учетом их особенностейсходны с методами для быстроходных судов, изучению которых посвященыработы Егорова И.Т.

и Соколова В.Т. [38, 39].Рассмотрим распределение сил сопротивления движению и сил поддержания(статических и динамических) в зависимости от скорости движения дляглиссирующих амфибийных машин. В диссертации Тимофеева М.Ю. [90]исследован характер распределения данных сил по корпусу модели четырехоснойглиссирующей машины среднего класса с убранной ходовой частью. Система сил,действующих на амфибию в режиме глиссирования, представлена на Рисунке 1.8.На смоченную поверхность корпуса машины действуют сила тяжести G,силы гидростатического Dп и гидродинамического поддержания Rz, силасопротивления воды Rx, сила сопротивления воздуха Rвозд и сила тяги водоходногодвижителя P. Равнодействующая сила R может быть разложена на горизонтальнуюRx и вертикальную Rz составляющие. Составляющую Rx называют силойсопротивления движению корпуса машины, а Rz – гидродинамическойподдерживающей силой.

Она вызывает изменение средней осадки амфибии на27ходу (всплытие или погружение). Из-за главного момента этих сил возникаетдифферент, т. е. изменение погружения носа или кормы машины по сравнению сположением при неподвижном корпусе. В зависимости от соотношениягидростатических и гидродинамических сил при росте скорости режим движениямашины изменяется от водоизмещающего к глиссирующему.Рисунок 1.8 – Силы, действующие на глиссирующую машинуРезультаты исследований Тимофеева М.Ю.

представлены на Рисунке 1.9.Обозначения параметров на рисунке следующие: G – сила тяжести, Rб – силасопротивления, Dп – гидростатическая сила поддержания, Z – гидродинамическаясила поддержания, Ψ – угол дифферента, Tн, Tk – осадка корпуса носом и кормой.Из рассматриваемого графика следует, что гидродинамическая силаподдержания Z начинает существенно возрастать со скорости буксировки 1,7 м/с,компенсируя при этом уменьшение гидростатической силы поддержания Dп, таккак сумма этих двух сил поддержания должна быть равна силе тяжести машины.Величина гидродинамической силы поддержания Z на скорости 3,7 м/с составляетоколо 33% от силы тяжести модели, что обусловлено малой площадьюглиссирующей поверхности, которая уменьшается от полной площади днища прималых скоростях движения до небольшой площадки в корме при высокой скоростибуксировки.

Сила сопротивления Rб увеличивается почти линейно до скорости 3,1м/с, а затем начинает быстро уменьшаться. При этом происходит сначалауменьшение дифферента на корму, а затем его рост с последующим уменьшением28после преодоления максимального сопротивления на скорости 3,1 м/с. Быстроеуменьшениесопротивленияпослепреодоления«горбасопротивления»свидетельствует о начале режима глиссирования модели.Рисунок 1.9 – Изменение сил, действующих на глиссирующий корпус:а – без дополнительного оборудования, б – с дополнительным оборудованием29Переход на глиссирование возможен у любого надводного объекта, однако уобычных плавающих машин для достижения высокой скорости необходимозатрачивать высокую, зачастую практически не достижимую мощность. Дляоблегчения перехода на данный режим выполняют специальные обводы корпуса иоборудуют машины дополнительными глиссирующими поверхностями илиустройствами, но даже в этих условиях не все машины достигают режима чистогоглиссирования, при котором гидродинамическая поддерживающая сила равнавесовому водоизмещению.Установка Тимофеевым М.Ю.

на модели дополнительных глиссирующихповерхностей в виде носовой, кормовой приставок и бортовых щитов позволилаизменить в лучшую сторону показатели буксировочной характеристики,представленной на Рисунке 1.9. «Горб сопротивления» воды сместился в зонуменьших скоростей движения с 3,1 м/с до 1,8 м/с, при этом величинамаксимального сопротивления уменьшилась на 32 %, гидродинамическая силаподдержания Z нелинейно увеличивалась до скорости 3,0 м/с, а затемстабилизировалась и составила 84 % от силы тяжести модели.

Гидростатическаясила поддержания Dп нелинейно уменьшалась по мере роста скорости до 3,0 м/с,затем ее значение установилось и составило 16 % от силы тяжести модели. Болееблагоприятным для глиссирования стало изменение дифферента.Известны полученные в результате натурных или модельных экспериментовприближенные зависимости сил сопротивления от скорости движения дляразличныхгруппамфибийныхмашин,отличающихсяконструктивнымисполнением, массой, размерами и формой корпуса.