Способ управления плавающей машиной

Способ управления плавающей машиной

Реферат

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно - к способам управления плавающими машинами, предназначенными для использования в боевых действиях и различных видах обеспечения в качестве боевых машин (танки, БМП, БТР и др.), транспортных машин (бронетранспортеры, бронеавтомобили и др.), специальных машин (тягачи, эвакуационные машины и др.), а также медицинских машин.

Известные плавающие машины содержат корпус, силовую установку, силовую передачу и движитель, благодаря чему обладают хорошей управляемостью, обеспечиваемой, в частности, подвижностью, а также защитой экипажа как от воздействия огневых средств противника, так и от поражающих факторов оружия массового поражения (прежде всего у машин с бронированным корпусом). Описание этих машин можно найти в книгах: Латухин А.Н. Противотанковое вооружение. М.: Воениздат, 1974, с.8-26; Мостовенко В.Д. Танки. М.: Воениздат, 1958. Серьезным недостатком этих машин является трудность управления ими при переправах через водные преграды, в частности, из-за низкой остойчивости, усугубляемой избыточным весом бронированного корпуса, действия внешних условий и др. Живучесть их в процессе переправы через водные преграды существенно снижается.

Для переправы машин через водные преграды используются различные способы и средства, позволяющие обеспечить их управляемость и живучесть: способы и средства для переправы своим ходом по дну, десантные переправочные средства, способы и средства для обеспечения самостоятельной переправы за счет собственной плавучести.

Известен способ управления бронированными машинами при переправе их через водные преграды путем оборудования подводных переправ для движения бронеобъектов своим ходом по дну (см., например, книгу "Танк Т-72А". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга вторая (часть вторая). - М.: Воениздат, 1989. с.170-199). Данный способ имеет следующие недостатки: глубина преодолеваемых водных преград с твердым дном не более 5 м, крутизна берегов не более 20°, скорость течения воды не более 2 м/с, ширина водной преграды не более 1 км, время на подготовку бронеобъекта к переправе достигает 1-1,5 часа. Кроме того, участок переправы должен быть предварительно разведан водолазами, разминирован и обозначен; должны быть организованы береговая и водные спасательные службы; весь участок переправы машин по дну имеет ряд характерных демаскирующих признаков, связанных с отсутствием автономности переправляемых по дну машин. Совокупность перечисленных недостатков способа переправы боевых машин по дну своим ходом обусловливает практически редкую его применимость.

Известны паромные переправы, которые обеспечивают гусеничные самоходные паромы, представляющие собой две плавающие гусеничные машины, общей грузоподъемностью на плаву до 50 т (см., например, Пляскин В.Я. и др. Инженерное обеспечение общевойскового боя, М.: Воениздат, 1972, 31 с.). Для обеспечения указанной грузоподъемности гусеничный самоходный паром, состоящий из правого и левого полупаромов, содержит понтоны большого объема, представляющие крупную мишень для огневых средств противника. Поэтому живучесть переправляемых таким способом машин является низкой, а управление сложным и малонадежным.

Известен способ повышения управляемости и живучести бронированных машин, в частности отечественных плавающих боевых машин пехоты (см., например, "Боевая машина пехоты БМП-1". Техническое описание и инструкция по эксплуатации, М.: Воениздат, 1979, с.5-31), содержащих корпус и связанные с ним силовую установку, силовую передачу и движитель. Этот способ заключается в обеспечении машины собственной плавучестью, позволяющей ей самостоятельно преодолевать водные преграды вплавь без какой-либо продолжительной и кропотливой технической подготовки. С этой целью корпус машины выполняют водонепроницаемым, а форму и размеры проектируют с таким расчетом, чтобы машина плавала с небольшим статическим дифферентом на корму. Размеры надводной части этой машины существенно меньше соответствующих размеров гусеничных самоходных паромов, что обеспечивает повышение ее скрытности, уменьшение уязвимости, что способствует повышению ее живучести.

Кроме водоходных качеств она обладает хорошей проходимостью по мягким деформируемым грунтам высокой влажности и способностью преодолевать другие виды препятствий на местности, что особенно важно при входе в воду и выходе из нее, поскольку уменьшается время пребывания машины в этом положении. Однако запас плавучести и остойчивость этой машины малы, что ограничивает ее возможности в маневрировании, ведении огня на плаву и способствует возникновению качки, которая может повлечь за собой местные разрушения корпуса вследствие динамических перегрузок его элементов от ударов волн, а также повреждения и потерю оборудования машины, расположенного снаружи корпуса. Кроме того, длительная по времени качка часто вызывает у членов экипажа и десанта болезненное физиологическое состояние. Особенно опасна качка при использовании машины для перевозки раненых и больных. При этом наиболее опасна бортовая качка.

Известен также способ повышения живучести плавающих машин (см., например, патент Российской Федерации №2171749 с приоритетом от 8.02.2000 г.), заключающийся в установке снаружи машины кожухов, соединенных с ее корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей, и подаче в эти полости выхлопных газов силовой установки. По сути технического решения этот способ является наиболее близким к заявляемому, то есть его базовым объектом, и принимается за прототип.

Введение кожухов и оборудование с их помощью полостей, открытых снизу, и подача в них выхлопных газов силовой установки позволяют повысить плавучесть и остойчивость машины, что в свою очередь обеспечивает повышение ее грузоподъемности, эффективности огня при стрельбе из положения "на плаву", а также повышение живучести машины при ее применении как на суше, так и на воде (за счет запаса плавучести, экранирования корпуса, снижения шума от работающих двигателя и движителя).

Однако при управлении маневрированием плавающей машины в положении "на плаву" устойчивость ее на курсе, особенно при поворотах, повысилась недостаточно. Вместе с тем, при совершении поворотов на машину действуют дополнительные силы и моменты, вызывающие крен (см., например, Степанов А.П. Плавающие машины. - М.: Издательство "ДОСААФ", 1985, с.77-92). Так, например, воздействие на машину при поворотах центробежной силы, приложенной в центре тяжести, вызывает дополнительный крен машины в сторону борта, противоположного центру поворота, что резко снижает ее остойчивость в наиболее опасном направлении: в поперечной плоскости.

Задачей изобретения является повышение управляемости и живучести плавающей машины на плаву.

Технический результат заключается в повышении ее остойчивости как при прямолинейном движении, так и маневрировании (поворотах).

Указанный технический результат достигается установкой снаружи машины кожухов, соединенных с ее корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей, и подачей в эти полости через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки. При этом подачу выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуск регулируют посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, устанавливают в полостях кожухов начальные избыточные давления, обеспечивающие устойчивое положение машины на спокойной воде, в случае прямолинейного движения машины и отсутствия качки подачу выхлопных газов в полости кожухов производят равномерно, в случае прямолинейного движения и качки измеряют амплитуду крена машины и пропорционально ее значению увеличивают и уменьшают подачу выхлопных газов в полости со стороны соответственно крена и ей противоположной, а в случае поворота подачу выхлопных газов в полости со стороны поворота прекращают, а с противоположной стороны - увеличивают пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота.

Это позволяет повысить управляемость машины за счет повышения ее остойчивости, плавучести, возможности компенсировать наклонения созданием относительно машины дополнительных моментов, равных по величине и противоположных по направлению моментам, создаваемым воздействием волн, давлением ветра, сопротивлением воды, центробежной силой при маневрировании и др.

Реализация предлагаемого способа применительно к плавающим машинам (по патенту РФ №2171749) при прямолинейном движении и малых наклонениях (на спокойной воде) происходит следующим образом. При движении на воде с кожухами, установленными в рабочем положении, обеспечивается отсечка их внутренних полостей от атмосферы. Вместе с этим, благодаря связи этих полостей через впускные и выхлопные клапаны с выхлопным трактом двигателя силовой установки, в них подают выхлопные газы, в результате чего повышается их давление в каждом кожухе. Используя впускные и выпускные клапаны, устанавливают начальное избыточное давление в каждом кожухе, в результате чего возникают силы, направленные вверх, повышающие плавучесть машины и обеспечивающие создание моментов, действующих относительно корпуса машины встречно. При отсутствии наклонений эти моменты уравновешивают друг друга, а при возникновении наклонения - обеспечивают появление стабилизирующего разностного момента. Благодаря этому появляется возможность управления остойчивостью, плавучестью, устойчивостью на курсе, в результате чего управляемость машиной и ее живучесть повышаются. Кроме того, направление выхлопных газов в кожухи, а не в атмосферу снижает шум машины и обеспечивает повышение ее скрытности. При неработающем двигателе кожухи выполняют функции поплавков. Что также обеспечивает повышение и плавучести, и остойчивости.

Наличие кожухов не только не ограничивает движение на суше, но и создает дополнительные преимущества: кожухи в этом случае выполняют функции экранов, повышая защищенность ходовой части машины при обстреле ее ракетами, обеспечивая при этом повышение надежности не только самой ходовой части, но и повышение надежности управления маневрированием машины.

Начальные избыточные давления в полостях кожухов устанавливают на спокойной воде и неподвижной машине, что обеспечивает устранение начальных наклонений, вызванных издержками проектирования, размещения груза и др., а также повышает остойчивость машины.

В дальнейшем при прямолинейном движении и отсутствии качки (спокойная вода) подачу выхлопных газов в полости кожухов производят равномерно, увеличивая начальные давления и плавно переходя к текущим, что увеличивает величину разностного момента и создает определенный резерв для поддержания устойчивого положения машины.

В случае прямолинейного движения машины и наличии качки измеряют амплитуду наклона машины, например ее крена, и пропорционально ее значению увеличивают подачу выхлопных газов в полости со стороны наклона (крена) машины, а со стороны, противоположной наклону (крену), - уменьшают. В этом случае разностный момент существенно увеличивается и увеличиваются возможности по компенсации внешних моментов, действующих на машину.

В случае совершения плавающей машиной поворота подачу выхлопных газов в полости со стороны поворота прекращают, а с противоположной стороны - увеличивают пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота. Это объясняется тем, что при совершении поворота возникают большие углы наклонения, вызываемые действием центробежной силы. Поэтому подачу выхлопных газов силовой установки в полости кожухов начинают регулировать, предварительно измерив скорость движения машины и определив необходимый (заданный) радиус ее поворота. При этом подачу выхлопных газов в полость, находящуюся со стороны поворота, прекращают полностью, что приводит к увеличению в ней массы воды и появлению дополнительного тормозного момента, облегчающего поворот. А в полость с противоположной стороны подачу выхлопных газов увеличивают таким образом, чтобы избыточное давление в ней увеличивалось пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота. Это необходимо для того, чтобы скомпенсировать действие центробежной силы, которая от квадрата скорости зависит прямо пропорционально, а от радиуса поворота - обратно пропорционально (см., например, Степанов А.П. Плавающие машины, М.: Издательство "ДОСААФ", 1985, с.91). Полости понижения и повышения давления определяются исходя из того, что воздействие на машину центробежной силы вызывает крен машины в сторону борта, противоположного центру поворота (см. там же, с.87), то есть борта, противоположного стороне поворота.

Например, при необходимости совершения левого поворота центробежная сила будет вызывать крен машины в сторону правого борта. В этом случае подачу выхлопных газов в левую полость (под левый кожух) следует прекратить, а в правую (под правый кожух) - увеличить таким образом, чтобы давление в правой полости, со стороны, противоположной повороту, увеличивалось пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота. Для этого на пульте управления поворотом вырабатываются сигналы, соответствующие выражениям:

Ул=0, Уп=+KпV²/R - при левом повороте,

Уп=0, Ул=+KпV²/R - при правом повороте,

где Ул и Уп - сигналы управления соответственно для левой и правой полостей; Кл и Кп - коэффициенты пропорциональности, учитывающие конструктивные особенности и характеристики управляемых впускных и выпускных клапанов, кожухов, силовой установки, органов управления; V - скорость движения плавающей машины; R - радиус поворота плавающей машины.

Сигнал управления Уп при левом повороте подается на открытие впускных клапанов правой полости, вследствие чего выхлопные газы из выхлопного тракта двигателя через выхлопные клапаны поступают в правую полость через впускные клапаны правой полости. Одновременно при нулевом сигнале управления Ул с пульта управления обеспечивается подача команды на открытие управляемых выпускных клапанов левой полости, в результате чего давлением воды снизу кожухов выхлопные газы будут вытесняться из них через выпускные клапаны в окружающую среду. Глубина погружения правого и левого бортов выравнивается, а крен машины, вызываемый действием центробежной силы, устраняется.

При совершении правого поворота центробежная сила будет вызывать крен машины в сторону левого борта. В этом случае подачу выхлопных газов в левую полость (под левый кожух) следует увеличить, а в правую (под правый кожух) - прекратить.

Компенсация центробежной силы позволяет повысить устойчивость машины на повороте, что исключает появление опасного крена и возможности ее опрокидывания, уменьшает возможность проникновения в ее корпус воды, позволяет сохранить высокую скорость движения при уменьшении радиуса поворота (из-за дополнительной массы воды в кожухе со стороны поворота) и обеспечивает тем самым повышение управляемости машиной и ее живучести.

Способ управления плавающей машиной, включающий установку снаружи машины кожухов, соединенных с ее корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей и подачи в эти полости через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, отличающийся тем, что подачу выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуск регулируют посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, устанавливают в полостях кожухов начальные избыточные давления, обеспечивающие устойчивое положение машины на спокойной воде, в случае прямолинейного движения машины и отсутствия качки подачу выхлопных газов в полости кожухов производят равномерно, в случае прямолинейного движения и качки измеряют амплитуду наклона машины и пропорционально ее значению увеличивают и уменьшают подачу выхлопных газов в полости со стороны соответственно наклона и ей противоположной, а в случае поворота подачу выхлопных газов в полости со стороны поворота прекращают, а с противоположной стороны - увеличивают пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота.