Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ АМФИБИЙНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ДВИЖИТЕЛЕМ

Киркин С.Ф. 1 Соколов Г.М. 1 Коротков П.А. 1 Осипов В.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
Выполнен поиск оптимальной формы продольного профиля амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем по двум направлениям: в предположении, что профиль носовой части описывается степенной функцией; определение длины носовой части. Произведен расчет процесса выхода из воды на лед четырех вариантов амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем для оценки влияния положения центра тяжести в сочетании с весовыми характеристиками. Проведены экспериментальные исследования для проверки результатов расчетов и получения объективной картины взаимосвязи изучаемых параметров. Объектом испытаний была модель амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем «Каспий-2М», изготовленная в масштабе 1:2. В результате исследования обоснованы конструктивные параметры амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем: форма носовой части и расположения центра тяжести.
амфибии
аэроботы
аэродинамический движитель
воздушный винт
1. Киркин С.Ф. К вопросу экологической безопасности транспортных машин, эксплуатируемых на слабых почвах // Материалы научной конференции ППС, докторантов, аспирантов, студентов МарГТУ по итогам НИР за 2007 г. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. – С. 63–65.
2. Киркин С.Ф. Опыт разработки и эксплуатации новых типов экологически безопасных внедорожных транспортных машин // Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные разработки вузовской науки – Российской экономике» (Йошкар-Ола, 11–12 декабря 2008 г.) – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. – С. 49–45.
3. Киркин С.Ф., Иванов А.Г., Охотин Ю.В. Разработка и изготовление колесно-гусеничного вездехода-амфибии с комбинированной системой управления // «Наука в условиях современности». Сборник статей ППС, докторантов, аспирантов и студентов по итогам научно-технической конференции МарГТУ в 2010 г. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. – С. 105–107.
4. Киркин С.Ф., Коротков П.А., Осипов В.И. Определение гироскопических моментов воздушного винта при движении амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем по пересеченной местности // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2; URL: www.science-education.ru/116-12347 (дата обращения: 26.02.2015).
5. Соколов Г.М., Киркин С.Ф., Коротков П.А. Расчет и оптимизация рабочих параметров амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 1; URL: http://www.science-education.ru/107-8183 (дата обращения: 22.01.2013).

В Поволжском государственном технологическом университете по заказу ряда рыбопромышленных организаций Каспийского бассейна выполнены НИОКР по созданию амфибийных транспортных машин, предназначенных для грузопассажирских перевозок при подлёдном лове рыбы в дельте реки Волги и промысле тюленей на Северном Каспии в зимнее время. В этот период Северный Каспий покрыт тонким непрочным льдом, имеющим большое количество трещин и промоин. Встречаются большие участки битого льда с водой и участки открытой воды. В подобных условиях ни один из традиционных наземных или водных видов транспорта работать не может. Указанные чрезвычайно тяжелые условия эксплуатации обусловили большую техническую сложность создания машин.

В результате выполнения темы в университете были разработаны, изготовлены и испытаны в производственных условиях первые образцы таких машин («Каспий»). Их эксплуатация показала, что наиболее характерным и тяжелым режимом движения является выход амфибии в полностью груженом состоянии из воды на лед. Этим режимом фактически определяются основные характеристики движительной установки машины: установленная мощность двигателя и величина максимального тягового усилия воздушного винта. От указанных параметров прямо зависит топливно-энергетическая экономичность машины. Производственная эксплуатация амфибий «Каспий-1» и «Каспий-2» показала, что величины энергетических затрат, необходимых для осуществления наиболее тяжелого режима движения (выхода полностью груженой машины из воды на лед), в значительной степени зависят от формы продольного профиля машины, в том числе профиля ее носовой части, а также ряда других параметров: массы машины, координат центра тяжести, расположения воздушного винта [5].

На основании результатов производственной эксплуатации был проведен анализ указанного наиболее тяжелого режима движения, показавший, что продольный профиль машин «Каспий-1» и «Каспий-2» не является оптимальным и может быть изменен с целью минимизации энергетических затрат. В результате анализа были определены требуемые для этого геометрические параметры (обводы) продольного профиля его носовой части, а также координаты центра тяжести амфибии. С целью уточнения полученных аналитическим путем результатов и подтверждения их достоверности был выполнен комплекс необходимых экспериментальных исследований.

pic_59.tif

Рис. 1. Схема опытного определения силы T на модели: 1 – динамометр ДОР – 0,02; 2 – модель

Цель исследования – обоснование оптимальных конструктивных параметров амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем: формы продольного профиля и расположения центра тяжести с целью минимизации эксплуатационных энергетических затрат.

Задачи исследования:

1. Обосновать оптимальную форму продольного профиля амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем.

2. Обосновать выбор положения центра тяжести амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем.

3. Провести экспериментальные исследования для проверки результатов расчетов и для получения объективной картины взаимосвязи изучаемых параметров.

Материалы и методы исследования

Поиск оптимальной формы продольного профиля проводился по двум направлениям:

1) в предположении, что профиль носовой части амфибии описывается степенной функцией с показателем степени z, определялось оптимальное значение z;

2) определение длины носовой части – размера b.

Для оценки влияния положения центра тяжести амфибии в сочетании с весовыми характеристиками был произведен расчет процесса выхода из воды на лед четырех вариантов амфибии:

1. G = 5400 Н; μc = –0,66 м; νc = 0,25 м.

2. G = 3000 Н; μc = –0,5 м; νc = 0,15 м.

3. G = 3900 Н; μc = –0,49 м; νc = 0,24 м.

4. G = 4500 Н; μc = –0,68 м; νc = 0,19 м.

где G – сила тяжести, приложенная в центре тяжести C амфибии, μc, νc – координаты центра тяжести C в подвижной системе координат μО1ν [5].

Экспериментальные исследования проводились для проверки результатов расчетных работ и получения объективной картины взаимосвязи изучаемых параметров (рис. 1).

Объектом испытаний была модель амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем «Каспий-2М», изготовленная в масштабе 1:2 (длина – 1,5 м; ширина – 0,6 м; высота борта – 0,19 м). Испытания проводились на чистом льду при температуре окружащего воздуха t = +3 °C для двух форм носовой части амфибии.

Измерялись следующие параметры:

– положение центра тяжести модели;

– сила сопротивления троганию с места;

– сила сопротивления движению;

– сила сопротивления при выходе модели из воды на лед.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследований по выявлению оптимальной формы продольного профиля по направлениям представлены на рис. 2 и 3.

Выбираем значение z = 3, размер b = 0,98 м.

Результаты расчетов процесса выхода из воды на лед четырех вариантов амфибии приведены на рис. 4.

Результаты экспериментальных исследований (измерения параметров) представлены в сводных табл. 1 и 2.

pic_60.tif

Рис. 2. Зависимости Ti = Ti(μk) при различных значениях z

pic_61.tif

Рис. 3. Зависимости Ti = Ti(μk) при различных значениях размера b

Таблица 1

Положение центра тяжести модели xc, м

0,37

0,47

0,57

0,77

Сила сопротивления троганию с места, Н

41,2

37,3

53,0

38,2

47,1

34,3

45,1

46,1

40,2

39,2

41,2

46,1

51,0

48,0

35,3

31,4

Сила сопротивления движению, Н

11,8

18,6

15,7

21,6

15,7

19,6

23,5

17,7

17,7

14,7

19,6

19,6

14,7

15,7

21,6

25,5

pic_62.tif

Рис. 4. Расчет вариантов 1–4 выхода амфибии из воды на лед

Таблица 2

Положение центра тяжести модели xc, м

0,54

0,67

0,74

0,80

0,86

Сила сопротивления при выходе модели из воды на лед, Н

Новая форма носовой части амфибии

49,0

58,8

51,0

63,7

70,6

44,1

49,0

49,0

68,6

73,5

53,9

53,9

58,8

68,6

70,6

49,0

53,9

51,0

63,7

73,5

Старая форма носовой части амфибии

53,9

58,8

68,6

78,4

83,4

53,9

58,8

63,7

68,6

78,4

53,9

53,9

68,6

73,5

73,5

53,9

53,9

63,7

73,5

78,4

Выводы

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. При новой форме носовой части модели амфибийной транспортной машины с аэродинамическим движителем «Каспий-2М» сила сопротивления при выходе амфибии из воды на лед меньше, при этом оптимальная центровка лежит в пределах 540 < xc < 800 мм, что соответствует на натурном образце 1080 < xc < 1600 мм.

2. При движении модели по ровному льду влияние положения центра тяжести на силу сопротивления не выявлено.

На основании результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований была проведена модернизация амфибий «Каспий-2» и изготовлена опытная партия амфибий с улучшенными параметрами «Каспий-2М». Амфибии были переданы заказчику для промышленной эксплуатации. Эксплуатация этих машин на Северном Каспии значительно повысила производительность труда промышленников, сделала его менее опасным для жизни и более легким физически. Амфибии «Каспий-2М» были приняты к серийному производству и изготавливались на Астраханском судостроительном заводе.


Библиографическая ссылка

Киркин С.Ф., Соколов Г.М., Коротков П.А., Осипов В.И. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ АМФИБИЙНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ДВИЖИТЕЛЕМ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4-1. – С. 61-65;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40126 (дата обращения: 21.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252