Автореферат (1173094), страница 3
Текст из файла (страница 3)
«ДВС»: привод передних колес от ДВС при отключенных задних обратимыхэлектромашинах (далее – ЗОЭМ).2. «ЭМ»: привод задних колес от ЗОЭМ при выключенных ДВС, сцеплении и центральнойобратимой электромашине (далее – ЦОЭМ).3. «Г+ЭМ». привод задних колес от ЗОЭМ. При нехватке энергии включается ДВС,связанный с ЦОЭМ, работающей как генератор (вспомогательный режим).4. «ДВС+ЭМ»: одновременное подведение мощности к передним колесам от ДВС и кзадним колесам от ЗОЭМ. Синхронизация совместного функционирования производитсяпосредством электронного блока управления (далее – ЭБУ).5.
«ДВС+Г»: привод передних колес от ДВС с рекуперацией электроэнергии за счет ЗОЭМв дополнение к ЦОЭМ, задействованной как основной генератор (вспомогательный режим).На воде КЭУ обеспечивает следующие режимы движения ГАММК:1. «ДВС»: привод водоходного движителя за счет ДВС, одновременно с этим приводящегов движение ЦОЭМ, генерирующую электроэнергию.122. «ДВС+ЭМ»: совместный привод водоходного движителя от ДВС и ЦОЭМ.3. «Г+ЭМ»: амфибия двигается в водоизмещающем режиме за счет погружения заднейподвески в воду и использования колес в качестве запасных водоходных движителей. Приводколесам осуществляется за счет ЗОЭМ, а поворот производится за счет разности их оборотов.ДВС при этом приводит в движение ЦОЭМ, заряжающую аккумуляторный блок (далее – АКБ).4. «ЭМ»: режим движения идентичен предыдущему с той лишь разницей, что ДВС нарядус основным водоходным движителем полагается вышедшим из строя.
Запас хода в данномрежиме ограничен остаточной емкостью АКБ.Последние два режима являются вспомогательными (аварийными).Рисунок 5 – Принципиальная схема КЭУ для ГАММК: 1 – ДВС; 2 – сцепление; 3 – коробкапередач; 4 – главная передача; 5, 6, 12, 15, 16 – редукторы; 7, 8, 17, 18 – колеса; 9 – ось;10 – ЦОЭМ; 11 – водоходный движитель; 13, 14 – ЗОЭМ; 19, 20 – полуоси; 21 – АКБ;22 – преобразователь; 23 – ЭБУ; 24 – блок датчиковВ третьей главе проведен численный эксперимент (Рисунок 6) по исследованиюходкости моделей ГАММК с различной конфигурацией.
Каждой модели присвоен номер от «0»до «5». Для проверки адекватности и точности расчетной модели использовано сравнениерезультатов компьютерного моделирования корпуса типа «0» с данными натурногоэксперимента, представленными в научно-исследовательском отчете Clement E.P. и Blaunt D.L.«Resistance tests of a systematic series of planning hull forms». Модель «0» соответствует корпусумалого глиссирующего катера и считается эталонной с точки зрения ходкости.13Рисунок 6 – Общая методология проведения численного экспериментаВ ходе проведения исследований серии моделей ГАММК с различной конфигурацией(Рисунок 7) получены зависимости сопротивления движению (буксировочные характеристики)и дифферента от скорости (Rб = f(vв) и θ = f(vв)). Эти зависимости перестроены в относительныхвеличинах обратного качества и дифферента от числа Фруда, т.е.
ε = f(FrD) и θ = f(FrD).Определены зависимости буксировочной мощности от скорости движения Nб = f(vв) и удельнойбуксировочной мощности от числа Фруда Nбуд = f(FrD). Наличие этих зависимостей позволяетопределять ходкость ГАММК на этапе проектирования. Получены графические эпюры давленийна поверхности корпуса, скоростей фаз расчетной среды и свободной поверхности.Рисунок 7 – Теоретические чертежи исследуемых моделей14Проанализировано качественное влияние конструктивных мероприятий на ходкостьГАММК. Носовой щит создает подъемную силу при переходе в глиссирующий режим.Воздушные резервуары экранируют ходовую часть, повышают запас плавучести, препятствуютчрезмерному увеличению дифферента, а также положительно влияют на остойчивость исопротивление заныриванию.
Кормовые транцевые плиты экранируют ходовую часть, создаютглиссирующие площади и предотвращают дельфинирование (Рисунок 8).Рисунок 8 – Дельфинирование амфибии модели «3» на скорости 6 м/с без транцевых плитУгол атаки транцевых плит при разгоне необходимо регулировать, так как в зоне высокихскоростей при FrD > 3,5 возникает эффект рикошетирования (Рисунок 9 (а)), а при больших углахвозможно заныривание амфибии носом (Рисунок 9 (б)).Рисунок 9 – Модель ГАММК «4»: а – рикошетирование с транцевыми плитами под углом 10она скорости 11 м/с, б – заныривание с транцевыми плитами под углом 20о на скорости 4,8 м/сУстановлено, что с помощью дополнительного оборудования обеспечивается менееэнергозатратный переход на глиссирование и повышенная скорость амфибий (не менее 15 м/с).15Эталонный корпус «0» с обводами «моногедрон» обладает наименьшими показателямиε = 0,19, θ = 6,6о, Nбуд = 28,4 кВт/т в диапазоне чисел Фруда FrD < 5.
Корпус имеет наибольшеезначение статического запаса плавучести VСЗП = 61%. Совмещенные графики зависимостейε = f(FrD) и θ = f(FrD), полученные в ходе натурных испытаний и численного эксперимента,представлены на Рисунке 10. В зоне FrD < 2,2 расхождение значений составляет 5%, в зонеFrD > 2,2 расхождение равно 6%. Степень точности сформированной модели составляет 6%.ГАММК «1» с обводами малой килеватости без дополнительного оборудования обладаетв 3,9 раз большим ε и в 2,5 раз большей Nбуд, чем эталон.
VСЗП = 56%. Данная модель имеет худшеегидродинамическое качество.ГАММК «2» с обводами малой килеватости и дополнительным оборудованием в виденосового щита и воздушных резервуаров обладает в 2,5 раз большим ε, в 2,9 раз большим θ и в1,7 раз большей Nбуд, чем эталон. Применение такого оборудования позволяет снизить ε в 1,6 рази Nбуд в 1,5 раз. Помимо этого, VСЗП увеличивается в 1,1 раз и составляет 61%.ГАММК «3», с обводами типа «моногидрон» и дополнительным оборудованием в виденосового щита и воздушных резервуаров обладает в 4,2 раз большим ε, в 3,3 раз большим θ, в 1,9раз большей Nбуд, чем эталон.
Данный корпус имеет минимальный VСЗП = 44%. При разгонеамфибии наблюдается эффект дельфинирования, из-за которого для выхода на режим чистогоглиссирования требуется высокая энерговооруженность машин, либо установка транцевых плит.ГАММК «4» с обводами типа «тримаран», носовым щитом, носовым воздушнымрезервуаром и транцевыми плитами обладает в 2,5 раз большим ε, в 2,9 раз большим θ, чемэталон. Nбуд сопоставима с эталоном.
VСЗП = 48%. Амфибия имеет лучшее гидродинамическоекачество, обеспечивает минимальный дифферент и требует наименьшей энерговооруженности.Рисунок 10 – Сравнение данных натурных испытаний и численного эксперимента16ГАММК «5» с более полными в носовой части обводами типа «тримаран» идополнительным оборудованием в виде носового щита, носового воздушного резервуарабольшего объема и транцевых плит имеет в 2,9 раз больший ε, в 3 раза больший θ и в 1,2 разбольшую Nбуд, чем эталон. VСЗП = 53%. Амфибия уступает предыдущей в ходкости, но посовокупности водоходных свойств является лучшей из всех исследованных.Полученные в ходе численного эксперимента зависимости обратного качества,дифферента и удельной буксировочной мощности от чисел Фруда представлены на Рисунке 11.Рисунок 11 – Зависимости показателей ходкости исследованных моделей от чисел Фруда:а – обратного качества, б – дифферента, в – удельной буксировочной мощностиВ четвертой главе разработан метод оценки ходкости и тягово-скоростных свойствГАММК с КЭУ в основных режимах движения.
В основу метода положена теория движениясухопутных ТС и быстроходных судов. Алгоритм, описывающий порядок расчета параметровходкости и тягово-скоростных свойств ГАММК с КЭУ, представлен на Рисунке 12.На первом этапе определяются коэффициенты сопротивления движению и сцепления,параметры ЗОЭМ, передаточное отношение задних колесных редукторов. После этого строятсяграфики динамической характеристики и разгона амфибии в режиме «ЭМ». Далее необходимоустановить мощность потребителей Wпотр, Вт, с учетом коэффициентов их использования.17Рисунок 12 – Алгоритм разработанного методаУсловие электрической мощности ЦОЭМ, работающей как генератор, для энергобаланса:ЦОЭМ≥потр,ЦОЭМгде ηЦОЭМ – КПД центральной обратимой электромашины.(10)18Далее рассчитывается потребная для работы бортовых потребителей емкость АКБ иобеспечиваемый этой емкостью запас автономного хода.
Значения запаса хода определяются дляразличных скоростей движения и для различного количества ячеек в АКБ.Затем необходимо выбрать параметры ДВС и ЦОЭМ исходя из обеспечения ходовыхсвойств ГАММК, так как движение амфибии по воде является более энергозатратным, чем посуше. В процессе проведения численного эксперимента для модели «4», обладающей лучшимгидродинамическим качеством, получена буксировочная характеристика Rб = f(vв). На ее основестроится ходовая характеристика Pe, Rб = f(vв) (Рисунок 13), исходя из которой можно установитьпотребную мощность ДВС для движения по воде с максимальной скоростью и уточнитьэлектрическую мощность ЦОЭМ, принимая во внимание условие (10).Рисунок 13 – Ходовая характеристика ГАММК модели «4» с КЭУТри зоны на графике означают: I – водоизмещающий режим (FrD < 1), II – переходныйрежим (1 < FrD < 3) и III – режим устойчивого глиссирования (FrD > 3). Также определены двехарактерные точки: максимум функции Г (вГ ; бГ ), соответствующий «горбу сопротивления» воII зоне, и точку М (вМ ; бМ ), при которой достигается максимальная скорость водоходногодвижения.
Режим «ДВС» предназначен для движения в I и III зонах буксировочнойхарактеристики, а кратковременный режим совместной работы «ДВС+ЭМ» необходим дляпреодоления максимума функции Rб = f(vв) во II зоне.19Параметры ДВС и водомета подбираются исходя из условия обеспечения максимальнойрасчскорости движения vmax, м/с, и равенства расчетного полезного упора водомета , Н,буксировочному сопротивлению в точке М (вМ ; бМ ): = вМ ,расч(11)= бМ .(12)Свободная мощность ДВС Nд, кВт, необходимая для преодоления сопротивления водыдвижению бМ , Н, и обеспечения максимальной скорости вМ , м/с, определяется по формуле:расчд= 5 × 10−4 ∙(о2 − )расч ,(о − )Н СР (13)где α, β, K – коэффициенты взаимодействия корпуса с движителем,q0 – коэффициент выходной скорости струи водомета,ηН, ηСР – КПД насосного колеса и согласующего редуктора водомета.Коэффициенты α, β, K, q0 задаются по эмпирическим зависимостям.Основные размеры водоходного движителя выбираются с учетом условий отсутствиякавитации и диффузорности течения перед насосом и после него.Заштрихованная зона под графиками РДВС+ЭМ= 2 (в ) и РДВС= 1 (в ) – мощность,еереализуемая водоходным движителем для преодоления «горба сопротивления».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
