Способ обеспечения живучести плавающей машины в условиях низких температур

Способ обеспечения живучести плавающей машины в условиях низких температур

Реферат

Изобретение относится к способам обеспечения живучести, а более конкретно - к способам обеспечения живучести плавающих машин, предназначенных для использования в различных видах обеспечения транспортных потребностей в качестве специальных машин (гусеничные и колесные транспортеры, тягачи, эвакуационные машины, медицинские машины, плавающие платформы, плавающие баржи и др.). Их использование возможно и в военной технике (БМП, БМД и др.).

Известные плавающие средства содержат корпус, силовую установку, силовую передачу и движитель, благодаря чему обладают хорошими живучестью и управляемостью, обеспечиваемыми, в частности, подвижностью, а также защитой экипажа как от воздействия огневых средств противника, так и от поражающих факторов оружия массового поражения (прежде всего, у плавающих средств с бронированным корпусом) (см., например, Латухин А.Н. Противотанковое вооружение. - М.: Воениздат, 1974, с.8-26; Мостовенко В.Д. Танки. - М.: Воениздат, 1958). Серьезным недостатком этих средств является трудность управления ими при переправах через водные преграды, в частности из-за низкой остойчивости, избыточного веса бронированного корпуса и др. Для переправы машин через водные преграды используются различные способы и средства, позволяющие обеспечить их управляемость и живучесть: переправы своим ходом по дну, десантные переправочные средства, способы и средства, обеспечивающие собственную плавучесть.

Известен способ обеспечения живучести бронированных машин путем их переправы 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 переправ велико. 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, особенно при входе в воду и выходе из нее, а также связанных с отсутствием автономности переправляемых по дну машин. Совокупность перечисленных недостатков, а также сложность организации и осуществления способа в зимних условиях ограничивают его применимость при переправе боевых машин по дну своим ходом.

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 состоит из двух полупаромов, содержит понтоны большого объема, представляющие крупную мишень для огневых средств противника. Поэтому живучесть переправляемых таким способом средств является низкой, а управление сложным.

Известен способ повышения живучести плавающих средств, 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), БМП, 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 БМП-1 существенно меньше соответствующих размеров предыдущего плавающего средства, что повышает ее скрытность и живучесть. 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. 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 из-за динамических перегрузок его элементов от ударов волн, льдин (в зимних условиях возможно также примерзание льдин к корпусу), возможна потеря оборудования, расположенного снаружи корпуса машины. Кроме того, длительная по времени качка (особенно бортовая) часто вызывает у членов экипажа, десанта, перевозимых раненых и больных болезненное физиологическое состояние.

Известен также принятый в настоящей заявке за прототип способ повышения живучести и (управления) плавающего средства (см., например, патент Российской Федерации №2335413 с приоритетом от 14.05.2007 г.), включающий установку снаружи плавающего средства(плавающей машины) кожухов, соединенных с его корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей и подачи в эти полости через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, регулирование подачи выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуска посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, создание в полостях кожухов начальных избыточных давлений, обеспечивающих устойчивое положение плавающего средства на спокойной воде, равномерную подачу выхлопных газов в полости кожухов в случае прямолинейного движения плавающего средства и отсутствия качки, измерение в случае прямолинейного движения и качки амплитуды наклона плавающего средства и пропорционально ее значению увеличение и уменьшение подачи выхлопных газов в полости со стороны соответственно наклона и ей противоположной, а в случае поворота прекращение подачи выхлопных газов в полость со стороны поворота, а с противоположной стороны - ее увеличение пропорционально квадрату скорости плавающего средства и обратно пропорционально радиусу его поворота.

Регулируемая подача выхлопных газов силовой установки в полости кожухов, установка в полостях кожухов начальных избыточных давлений обеспечивают устойчивое положение машины на спокойной воде и ее прямолинейное движение. Предложенные алгоритмы регулирования подачи выхлопных газов в кожухи при качке и поворотах позволили повысить живучесть и управляемость машины за счет повышения ее остойчивости, плавучести, возможности компенсировать наклонения корпуса 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.

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

Однако при управлении маневрированием плавающей машины в положении "на плаву" плавучесть и устойчивость ее на курсе с максимальной загрузкой, особенно при поворотах, повысились 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 вызывает дополнительный крен машины в сторону борта, противоположного центру поворота, что резко снижает ее остойчивость в наиболее опасном направлении: в поперечной плоскости в условиях высоких скоростей движения плавающего средства и фронта распространения волн. При использовании в условиях низких температур возможны примерзание льдин к корпусу, их удары с разрушением оборудования, ухудшение управляемости и, следовательно, ухудшение живучести.

Задачей изобретения является повышение живучести, плавучести, остойчивости и управляемости плавающей машины на плаву в условиях низких температур.

Технический результат заключается в повышении живучести, плавучести и управляемости плавающего средства как при прямолинейном движении, так и маневрировании (поворотах) в условиях большой (дополнительной)загрузки и стрельбе, в том числе и в условиях низких температур.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обеспечения живучести плавающей машины в условиях низких температур, включающем установку снаружи плавающей 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, регулирование подачи выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуска посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, создание в полостях кожухов начальных избыточных давлений, обеспечивающих устойчивое положение плавающей машины на спокойной воде, равномерную подачу выхлопных газов в полости кожухов в случае прямолинейного движения плавающей машины и отсутствия качки, измерение в случае прямолинейного движения и качки амплитуды наклона плавающей машины и пропорционально ее значению увеличение и уменьшение подачи выхлопных газов в полости со стороны соответственно наклона и ей противоположной, а в случае поворота прекращение подачи выхлопных газов в полость со стороны поворота, а с противоположной стороны - ее увеличение пропорционально квадрату скорости плавающей машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота, дополнительно обеспечивают размещение водонепроницаемых емкостей переменного объема, например в виде мехов, на наружных поверхностях кожухов с возможностью увеличения их объема и перемещения наружу машины в горизонтальной плоскости перпендикулярно соответствующим кожухам, обеспечивают дополнительно независимое регулирование подачи выхлопных газов силовой установки в полости водонепроницаемых емкостей переменного объема и при прямолинейном движении плавающей машины и ее равномерной загрузке заполняют водонепроницаемые емкости переменного объема выхлопными газами с одинаковым увеличением их объемов и размеров пропорционально необходимому повышению плавучести плавающей машины с учетом допустимых габаритов, при неравномерной загрузке заполняют выхлопными газами наклоненные емкости переменного объема с увеличением их размеров до устранения наклона корпуса машины относительно водной поверхности, при поворотах с необходимостью дополнительного изменения радиуса поворота изменяют относительное заполнение выхлопными газами водонепроницаемых емкостей переменного объема со стороны поворота и противоположной стороны с учетом направления и величины скорости плавающей машины относительно воды, плавающих льдин и ее габаритных ограничений, при стрельбе из плавающей машины заполняют выхлопными газами водонепроницаемые емкости переменного объема, расположенные во время стрельбы спереди и сзади вооружения плавающей машины, симметрично его линии выстрела, а затем корректируют ее угол возвышения.

Реализация предлагаемого способа применительно к плавающим машинам (аналогичных патенту РФ №2335413) 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 выпускные 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 ее обстреле, особенно кумулятивными снарядами и ракетами.

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. Вместе с этим производят и согласование работы дополнительных поплавков (водонепроницаемых емкостей переменного объема) между собой и с системой подачи выхлопных газов прототипа (с точки зрения обеспечения их независимости).

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. При этом, в случае необходимости (например, при перегрузке плавающей машины) водонепроницаемые емкости переменного объема симметрично и равномерно (при отсутствии перекоса в перегрузке) заполняют до необходимого уровня выхлопными газами через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, как и в прототипе, но автономно, с использованием «своих» управляемых впускных и выпускных клапанов.

В случае прямолинейного движения плавающей 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. Заполнение водонепроницаемых емкостей переменного объема (дополнительных поплавков) в этом случае с обоих сторон остается одинаковым.

В случае поворотов плавающей машины (как и в прототипе) 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 определив скорость движения машины и 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, противоположную центру поворота (см. там же, с.87), то есть стороны, противоположной 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 уменьшить (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=+КлV²/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 правом повороте 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) - уменьшить (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. При максимальной загрузке плавающего средства и неблагоприятном соотношении скоростей движения плавающего средства и фронта распространения волн в процессе поворота появляется необходимость в форсировании уменьшения радиуса поворота. Для этого дополнительно используют возможность регулирования степени заполнения водонепроницаемых емкостей переменного объема путем изменения относительного заполнения выхлопными газами водонепроницаемых емкостей со стороны поворота и противоположной стороны с учетом направления и величины скорости плавающей машины относительно воды, плавающих льдин и габаритных ограничений плавающей машины. Например, при встречном сопротивлении воды степень заполнения водонепроницаемой емкости переменного объема выхлопными газами со стороны поворота увеличивают, а с противоположной - уменьшают. В этом случае соответствующие увеличение и уменьшение размеров водонепроницаемых емкостей переменного объема увеличивают и уменьшают сопротивление движению плавающей машины с соответствующей стороны и способствуют ее повороту. При приближении льдины увеличивают размер водонепроницаемой емкости переменного объема с ее и противоположной стороны (с учетом допустимых размеров плавающей машины в конкретных условиях). В условиях низких температур движение плавающей машины в ряде случаев сопровождается близким движением льдин и опасностью соударения с ними. Наличие на кожухах водонепроницаемых емкостей переменного объема уменьшает эту опасность, дополнительно защищает от ударов и повреждения оборудование машины, уменьшает опасность обледенения ее корпуса, в том числе и за счет более высокой температуры выхлопных газов.

Совокупность введенных новых признаков позволяет достичь повышения ряда показателей плавающей машины (плавучесть, остойчивость, маневренность, безопасность применения, в том числе и в условиях низких температур), что обеспечивает повышение ее живучести.

Способ обеспечения живучести плавающей машины в условиях низких температур, включающий установку снаружи плавающей машины кожухов, соединенных с его корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей, обеспечивают подачу в эти полости через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, регулируют подачу выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуск посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, создают в полостях кожухов начальные избыточные давления, обеспечивающие устойчивое положение плавающей машины на спокойной воде, обеспечивают равномерную подачу выхлопных газов в полости кожухов в случае прямолинейного движения плавающей машины и отсутствия качки; в случае прямолинейного движения и качки измеряют амплитуду наклона плавающей машины и пропорционально ее значению увеличивают и уменьшают подачу выхлопных газов в полости со стороны соответственно наклона и противоположной; а в случае поворота прекращают подачу выхлопных газов в полость со стороны поворота, а с противоположной стороны - увеличивают пропорционально квадрату скорости плавающей машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота, отличающийся тем, что обеспечивают размещение водонепроницаемых емкостей переменного объема, например в виде мехов, на наружных поверхностях кожухов с возможностью увеличения их объема и перемещения наружу машины в горизонтальной плоскости, перпендикулярно соответствующим кожухам, обеспечивают дополнительно независимое регулирование подачи выхлопных газов силовой установки в полости водонепроницаемых емкостей переменного объема и при прямолинейном движении плавающей машины и ее равномерной загрузке заполняют водонепроницаемые емкости переменного объема выхлопными газами с одинаковым увеличением их объемов и размеров пропорционально необходимому повышению плавучести плавающей машины с учетом допустимых габаритов; при неравномерной загрузке заполняют выхлопными газами наклоненные емкости переменного объема с увеличением их размеров до устранения наклона корпуса машины относительно водной поверхности; при поворотах в случае необходимости дополнительного изменения радиуса поворота изменяют относительное заполнение выхлопными газами водонепроницаемых емкостей переменного объема со стороны поворота и противоположной стороны с учетом направления и величины скорости плавающей машины относительно воды, плавающих льдин и ее габаритных ограничений; при стрельбе из плавающей машины заполняют выхлопными газами водонепроницаемые емкости переменного объема, расположенные во время стрельбы спереди и сзади вооружения плавающей машины симметрично его линии выстрела, а затем корректируют угол возвышения линии выстрела.