автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Остойчивость амфибийных машин на волнении

ФИЛИППОВ Михаил Юрьевич

ОСТОЙЧИВОСТЬ АМФИБИЙНЫХ МАШИН НА ВОЛНЕНИИ

05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре тягачей и амфибийных машин Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научный руководитель -

Официальные оппоненты —

д-р техн. наук, проф. Степанов А.П.

д-р техн. наук, проф. Глазунов Ю.Н.

канд. техн. наук,

ст. научн. сотр. Жабров В.И.

Ведущая организация - ГУЛ 38 НИИИ МО РФ

Защита диссертации состоится 2004 г. в

часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.04 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд.

Просим Вас принять участие в заседании диссертационного совета или послать по указанному адресу отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

и »

Автореферат разослан '.г:"..^^?::.'.... 2004 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Максимов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Расширение сфер использования амфибий вызывает постоянный рост требований как к технике армии и флота, так и к машинам гражданского назначения. Использование машин для рейдовой разгрузки судов и морской пехотой ставит задачу уменьшить время непроизводительной стоянки судов-снабженцев и десантных кораблей на рейде из-за погодных условий, когда эксплуатация амфибийных машин вследствие волнения ограничивается. Причем одной из главных причин этого ограничения является возможность потери остойчивости машин при движении по волнам достаточно большой балльности.

Остойчивость амфибий на волнении исследована недостаточно, но эта задача является одной из важных проблем мореходности амфибийных машин, поскольку значительное ухудшение остойчивости может происходить при интенсивной заливаемости низкобортных надводных частей корпуса в условиях поперечной и продольной качки. Специальные исследования остойчивости амфибийных машин позволят оценить изменение параметров остойчивости на волнении по сравнению со спокойной водой и выявить опасные режимы движения, в которых высока вероятность потери остойчивости. Кроме того, эти исследования позволят сформулировать требования к остойчивости морских амфибий.

Сложность процесса взаимодействия плавсредства с волнением и ветром, разнообразие физических картин опрокидывания и отсутствие надежных математических описаний динамики амфибий на волнении подчеркивают актуальность постановки задачи определения остойчивости на волнении. Своеобразие форм корпуса и особые условия эксплуатации машины на плаву не позволяют в полной мере использовать рекомендации и выводы теории корабля для оценки водоходных качеств амфибий.

Цель исследования

Основной целью настоящей работы является качественная и количественная оценка изменений параметров остойчивости амфибийных машин при плавании на морском волнении

Методы исследования

В теоретической части работа базировалась на трудах отечественных и зарубежных ученых по теории остойчивости на спокойной воде и на волнении. Экспериментальные исследования проводились на физической модели условной плавающей машины. Расчетно-теоретические исследования выполнялись для трех серийных плавающих машин с использованием ЭВМ.

Объект исследования

Объектом экспериментальных исследований является физическая модель условной плавающей гусеничной машины массой Ют в масштабе

Рис. 1 Секционная модель

1:10. В отличие от настоящей, она выполнена с разрезными секциями и без ходовой части для удобства проведения экспериментальных исследований и имитации волнового профиля. При расчетах корпус модели рассматривался как единое целое (с учетом масштаба его длина составляет 6,8 м, см. рис. 1), а влияние вырезов - ничтожно малым. Расчетное исследование включало качественную и количественную оценку изменения параметров

остойчивости на волнении трех плавающих машин - МТ-ЛБ, ПТС-2 и БМП-3.

Научная новизна

Впервые выполнены теоретические исследования параметров остойчивости амфибийных машин на волнении. Выполненные экспериментальные и расчетные исследования изменений параметров остойчивости позволили впервые выявить качественные и количественные особенности остойчивости плавающих машин на волнении, установить наиболее опасные режимы движения и сформулировать рекомендации по улучшению остойчивости амфибийных машин на волнении.

Практическая ценность

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований остойчивости натурных машин и физической модели можно использовать при создании новых амфибийных машин .и для ориентировочной оценки параметров остойчивости амфибий на волнении и на спокойной воде. Данные исследований помогут выявить и оценить приспособленность существующих машин к различным районам плавания и избегать попадания в экстремальные условия эксплуатации.

Реализация результатов работы

Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре тягачей и амфибийных машин МАДИ (ГТУ), а также рассмотрены и приняты к использованию в процессе последующей модернизации амфибийных машин Главным автобронетанковым управлением МО РФ.

Апробация работы

Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры "Тягачей и амфибийных машин" МАДИ (ГТУ) в 2004 г.

Основные положения диссертационной работы докладывались на 59-й и 61-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), в подсекции колесных и гусеничных машин высокой проходимости в рамках научно-технического семинара по колесным и гусеничным машинам высокой проходимости в 2001 и 2003 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа в целом содержит 131 страницу машинописного текста, 50 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 50 наименований и 9 страниц приложений.

На защиту выносятся основные положения расчетно-теоретических и экспериментальных исследований параметров остойчивости амфибийных машин на волнении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы.

В первой главе проведен анализ научно-исследовательских работ, посвященных изучению остойчивости судов и амфибийных машин, отмечены тенденции научных разработок применительно к остойчивости судов. Из приведенного краткого описания амфибий следует, что конструкция, своеобразие форм корпуса, наличие выступающих частей, ходовой части и особые условия эксплуатации машины не позволяет в полной мере использовать рекомендации и выводы теории корабля для оценки водоходных качеств амфибий с количественной стороны, в том числе и остойчивости.

Приводится обзор НИР по тематике диссертационной работы.

Отмечается, что открытых исследований и разработок по остойчивости амфибийных машин на волнении практически нет.

Теоретические и экспериментальные исследования остойчивости судов на волнении нашли свое отражение в трудах Нечаева Ю.И., Благовещенского С.Н., Васько М.А., Воеводина Н.Ф., Беленького В.Л., Бородая И.К., и др.

Практически все исследователи отмечают следующее. При ходе судна на попутном волнении со скоростью, близкой к скорости бега обгоняющих средство волн, оно медленно меняет свое положение относительно волн и может продолжительное время находиться как на подошве, так и на гребне волны. Волны, обгоняющие судно, сообщают ему дополнительную энергию. Может наступить момент, когда судно окажется в таком положении на

переднем склоне волны, что его устойчивость на курсе будет недостаточной, а управляемость неэффективной. В этом случае высока, вероятность разворота лагом к волне и опрокидывание.

При движении по взволнованной поверхности моря характеристики поперечной остойчивости судна отличаются от тех характеристик, которые определяются методами статики корабля для случаев плавания на тихой воде без хода. Величина восстанавливающего момента судна на волнении становится функцией времени, и ее изменение зависит от скорости хода и курсового угла относительно направления распространения волн, от положения корпуса судна относительно профиля волны, параметров набегающих волн, а также от характеристик качки судна.

В этих работах рассмотрены основные процессы, происходящие при движении судна на волнении, изложены различные подходы к изучению остойчивости на волнении, предложено несколько способов расчета параметров остойчивости судов и вероятности опрокидывания.

В результате анализа существующих материалов по остойчивости судов даются рекомендации по выбору метода расчета изменения остойчивости на волнении и учета влияния на остойчивость различных факторов.

Большинство способов расчета характеристик поперечной остойчивости судна на попутном волнении основано на методах статики корабля. Все эти расчетные методики предполагают, что судно находится в состоянии статического равновесия на вершине регулярной волны, т.е: судно, перемещаясь со скоростью волны, не меняет своего положения относительно ее профиля. Форма волны принимается двумерной синусоидальной, хотя она может быть принята более сложной. Закон распределения давлений по погруженной части корпуса принимается гидростатическим.

В разные годы проводились исследования мореходности амфибийных машин. Это работы Степанова А.П., Саломатина П.А., Пластилина Е.И., Жаброва В.И., Кононовича Ю.А. и др.

На основе анализа представленных работ установлено, что остойчивость амфибийных машин можно оценивать по диаграммам статической

остойчивости, но необходимо обязательно проверять по методикам, используемым для речных и морских судов. Эта проверка должна осуществляться для условий плавания по волне и ветру, когда скорости амфибий и волн близки друг к другу, а в корпусах машин имеется какое-то количество забортной воды.

Однако, конкретное решение вопросов плавучести и остойчивости применительно к плавающим гусеничным и колесным машинам может быть получено только в результате специальных исследований. Это объясняется тем, что амфибийные машины по назначению и конструкции отличается от судов.

В конце главы приведены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:

- Определить режимы плавания на волнении, приводящие к наибольшему ухудшению параметров остойчивости амфибийных машин.

- Найти расположение гребня волны относительно миделя корпуса, вызывающее максимальное ухудшение остойчивости при плавании по волне и ветру.

- Выявить особенности изменений параметров остойчивости при плавании на волнении машин различных масс и компоновочных схем (габаритов и форм корпусов).

- Определить возможность использования метода профессора С.Н. Благовещенского для оценки изменения остойчивости при плавании на волнении

- Произвести первичную оценку сохранения остойчивости при бортовом ударе разрушающейся волны.

Вторая глава посвящена теоретическим основам остойчивости амфибийных машин на волнении и в других экстремальных условиях эксплуатации. Проведен анализ экстремальных режимов эксплуатации амфибийной машины на спокойной воде и волнении, при которых возникает опасность снижения или потери остойчивости.

Для каждой амфибийной машины на стадии проектирования и испытаний устанавливается предельная балльность волнения, при которой эксплуатация этой машины еще допустима.

Остойчивость судна по основному критерию считается достаточной, если оно при плавании на спокойной воде или на волнении (в соответствии с классом судна) выдерживает динамически приложенное давление ветра, т.е. если соблюдается условие

мкр<мдол,

где Мкр - кренящий момент от динамического действия ветра, кНм, определяемый согласно указаниям Регистра 2.2*;

МДоп - предельно допустимый момент при динамических наклонениях, кНм, определяемый согласно указаниям Регистра 2.4*.

Практически более необходимо оценивать остойчивость плавсредства во время движения, когда форма ватерлинии значительно отличается от

Рис. 2 Схема волнообразования около движущейся машины плоской за счет создания корпусом средства своей системы волн. Кроме того, при движении амфибийной машины происходит в зависимости от курсового угла относительно фронта волн сложение и интерференция системы волн, создаваемой машиной, с волнами озера, реки, моря. При движении машин по спокойной воде образуются в основном две группы волн - носовая и кормовая (рис.2), причем наиболее заметной является носовая группа волн. Группы носовых и кормовых поперечных волн могут

* Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки речных судов. Т1. М.: «Марин инжиниринг сервис» 1995.

интерферировать, что при благоприятной интерференции приводит к уменьшению волнового сопротивления, а при неблагоприятной интерференции - к увеличению.

Согласно экспериментальным данным модельных испытаний судов, при статической постановке судна учет интерференции судовой и набегающей волновых систем приводит к улучшению его поперечной остойчивости.

Анализ условий применения амфибийных машин и их конструктивных особенностей, а также имеющиеся данные по эксплуатации машин в различных условиях позволили отметить, что наибольшую опасность с позиций потери остойчивости представляют:

а) воздействие волнения;

б) контакт сухопутного движителя с грунтом (удар о подводное препятствие) при входе в прибойную зону и развороте амфибии бортом к волне, а также при боковом сносе машины на мелководных реках с большими скоростями течения;

в) недопустимо высокое положение центра тяжести груза на платформе;

г) большое количество забортной воды в корпусе.

Первые два из рассмотренных случаев обычно рассматривают применительно к поперечной остойчивости (исключение составляет движение к берегу в прибойной зоне на переднем склоне разрушающейся волны). Оставшиеся два случая могут влиять на изменение остойчивости как в продольной плоскости, так и в поперечной. Два первых случая заслуживают самостоятельного рассмотрения и более детального изучения, как способные привести к потере остойчивости без воздействия других неблагоприятных факторов. Остальные эксплуатационные случаи в той или иной мере присутствуют постоянно и их следует рассматривать как неблагоприятные факторы, способные в сочетании с другими внешними воздействиями привести к значительному снижению или к потере остойчивости.

Для случая «б», в отличие от других, трудно провести аналогии с судостроительной практикой. Движение в прибойной зоне хотя и

представляет опасность с точки зрения остойчивости, но занимает относительно небольшую часть от общей дистанции, проходимой по воде. Кроме того, близость берега повышает шансы на спасение экипажа и техники в случае аварии. Удар о подводное препятствие, хотя и является вполне реальным эксплуатационным случаем, но происходит далеко не в каждом рейсе и скорее из-за ошибок экипажа и несовершенства средств управления машиной, нежели в результате воздействия стихии. Большой практический интерес представляет собой, взаимодействие плавсредств с волнением.

Из обзора исследований остойчивости судов мы заключили, что

Хв&а

ф ф ф

ф ф » | 4

#

...

- I I

0 1 2 3 4 баллы 5 -ПТС-2 - - - БМП-3

Рис. 3 Отношение длины волны к длине машины при различной балльности

наиболее неблагоприятным является равенство длины волны и длины плавсредства. Из соотношения длины волны и длины амфибии (рис. 3) замечаем, что подобная ситуация характерна и для амфибий и наступает уже при 2-х бальном волнении для БМП-3 и при 3-х балльном для ПТС-2.

Анализируя скорости бега волн и движения транспортера на глубокой воде (рис.4), приходим к выводу, что их равенство может наступить в реальных условиях несколько раньше - при двух балльном волнении при движении по волне. При движении против волны выравнивание векторов скорости транспортера и волн означает, что машина практически потеряет ход. Это наступит при волнении приблизительно в шесть - семь баллов, когда плавание амфибий практически невозможно.

Из полученных данных несложно получить зависимости времени прохода волной расстояния, равного длине корпуса транспортера ПТС-2 (Ь=11,9м) от балльности волнения. Резкое увеличение времени прохождения волной корпуса машины будет наблюдаться при двухбалльном волнении, что вызвано совпадением скорости бега волн и скорости движения машины. Для каждого типа машин этот пик будет приходиться на определенную балльность волнения.

Проведенная оценка теоретических исследований остойчивости

Св,м/с . тв=1/20

тв=1/15

с. ' тв=1/Ю

— V по волне

1 V против волЬы' -1-1——1-

0 1 2 3 4 баллы 5 6

Рис. 4 Зависимости скорости бега волн и средних скоростей движения транспортера ПТС-2

амфибийных машин на волнении и в других экстремальных условиях эксплуатации позволяет сделать следующие выводы:

- Для оценки поперечной остойчивости амфибийных машин следует использовать основной критерий остойчивости предлагаемый

Речным Регистром России. Опрокидывающий и допускаемый моменты должны определяться по диаграммам остойчивости, построенным для положения амфибии на вершине волны; амплитуда качки принимается равной нулю; кренящий момент от действия ветра рассчитывается с коэффициентом <р = 0,8. В качестве дополнительных критериев следует учитывать снижение остойчивости в экстремальных условиях эксплуатации (высокое положение центра тяжести груза и большое количество забортной воды в корпусе). Расчет можно вести с использованием интегральных кривых Власова по формулам, предложенным проф. Благовещенским С.Н.

- При рассмотрении движения амфибийных машин на волнении наиболее опасной является ситуация, когда амфибия движется по волне и ветру. В момент, когда скорость бега волн близка к скорости машины, последняя может довольно долго оставаться на гребне волны. За это время амфибия может получить опасный крен или опрокинуться вследствие действия внешних сил (ветра, удара разрушающейся волны в борт и т.п.). Для каждого типа машин совпадение скорости амфибии и скорости бега волн будет приходиться на определенную балльность волнения. Для скоростных машин эта величина будет смещена в сторону большей балльности.

- При движении против волны и ветра опасность потери остойчивости вследствие ее снижения от воздействия волнения минимальна, поскольку время пребывания на вершине мало (для ПТС-2 не превышает двух-трех секунд, накренение же транспортера до угла 35° произойдет 4,9...6,3 с). Тем не менее, в этом случае следует помнить о высокой ударной нагрузке встречных волн на корпус и заливаемости палубы.

Третья глава посвящена экспериментальным модельным исследованиям и расчетам остойчивости в поперечной плоскости серийных амфибийных машин на волнении по способу профессора Благовещенского С.Н.

Экспериментальные исследования проводились на специальной установке, позволяющей методами статики моделировать волнение. Схема установки приведена на рис.5.

Целью экспериментальных исследований была многовариантная оценка влияния сымитированных волн различной высоты и длины, а также различных положений волнового профиля относительно корпуса модели на поперечную остойчивость.

При экспериментальном исследовании физической модели амфибийной машины замерялись угол крена и масса уравновешивающих грузов.

Испытания проводились на экспериментальной установке, которая включает в себя секционную ванну, разрезную модель и кренователь. Ванна выполнена из прозрачного материала и имеет десять водонепроницаемых

секций. Секции не сообщаются друг с другом, что позволяет создавать

1 Штанга

2 Параллелограмм

3 Коромысло

4 Чаша

5 Секционная ванна

6 Разрезная модель

7 Вода

8 Угловой сектор

9 Дополнительные грузы

10 Фиксатор

11 Основные грузы

12 Основание

Рис. 5 Экспериментальная установка

различный условный ступенчатый волновой профиль, неподвижный относительно модели. Модель условной плавающей машины состоит из десяти секций, соединенных продольными брусьями. Кренователь представляет собой пространственный параллелограмм, установленный на оси неподвижного основания. Момент сопротивления модели крену (восстанавливающий момент) передается на коромысло и уравновешивается грузами в подвешенных к нему чашах.

В диссертационной работе представлены результаты экспериментального исследования поперечной остойчивости модели при 6 различных положениях волнового профиля относительно корпуса модели и 16 сымитированных волнах различной длины и высоты. В процессе экспериментальных исследований получено множество диаграмм статической остойчивости, отражающих влияние параметров волны и положения волнового профиля относительно корпуса на остойчивость.

Анализ диаграмм остойчивости, построенных по данным эксперимента, позволяет сделать первичные выводы о влиянии параметров

Рис. 6 Соотношение плеч статической остойчивости для волн различной длины при нахождении гребня волны при миделе модели: а - кв = 0,025м, б - = 0,075м; 10 - плечо остойчивости на спокойной воде; 1б - плечо остойчивости на волнении. и положения волнового профиля на остойчивость.

Результаты анализа некоторых диаграмм остойчивости представлены на рис. 6. Из этих зависимостей следует, что остойчивость при нахождении на гребне волны, как правило, снижается. К примеру, при А/Я = ^(А.в=0,88Ьм) происходит снижение плеч остойчивости более чем в 1,5 раза, для менее крутых волн снижение не превышает 1,06 раза.

Вероятно, исключение составляют незначительные волны (кв = 0,025м, X = 0,29ЬМ), ДЛЯ которых при углах крена 10... 12° наблюдалось даже небольшое увеличение плеч остойчивости (в 1,06 раза) по сравнению со спокойной водой.

Для более пологих волн до 10-15° диаграммы остойчивости на волнении и на спокойной воде практически не отличаются друг от друга. В то же время, для более крутых волн эта разница очевидна уже с 5-10° крена.

0,02

0,015

0,01

0,005

слокой 1аявода

впад У --верш \ «на на 1/4дг отн<х ИНЫ корпус! а

вершин: в кормовой части

— ве >шина ь м \Л1 еле 1 1

О 5 10 15 20 25 30 35 40 в" 45

Рис.7 Диаграммы статической остойчивости при различном положении профиля волны относительно корпуса для волн длиной

Для прослеживания зависимости изменения остойчивости от положения профиля волны относительно корпуса машины была проведена серия опытов, в которых вершина волны находилась на различном расстоянии х от носа модели (в том числе и при х — 1/2Ь). Некоторые из диаграмм остойчивости, полученные в этих опытах приведены на рис. 7. Из данных опытов следует, что наиболее опасным положением волнового профиля относительно корпуса амфибии с точки зрения остойчивости является расположение вершины в районе миделя (гребень на расстоянии от до от носа). Плечи остойчивости изменяются в наибольшем диапазоне при волнах длиной, равной длине корпуса модели.

При длине волн, составляющей 70% длины модели, наибольшее значение плечи остойчивости принимают при нахождении впадины волны в

районе миделя. Увеличение плеч остойчивости при этом достигает 4%. При нахождении вершины таких волн при миделе наибольшим образом снижаются плечи остойчивости (в 1,3-1,5 раза при углах крена 20-25°).

Соотношение плеч остойчивости при длине волн, равной длине модели (см. рис. 7) принимает тот же характер - остойчивость наибольшая при расположении впадины в районе миделя (увеличение плеч до 6% при крене 20°) и наименьшая при расположении вершины на миделе и близко к нему (снижение плеч до 21% при крене 25°).

При длине волны в 1,3 длины модели, как правило, наблюдается снижение плеч остойчивости (до 23% при крене 25°). Тем не менее, в некоторых случаях нахождение вершины волны в миделе вызывает небольшое (менее 3%) временное повышение плеч по сравнению со спокойной водой. При таких относительно длинных волнах даже в условиях, когда вершина волны располагается в непосредственной близости от носовой или кормовой части модели повышения плеч не происходит, а

1 - экспериментальная диаграмма на спокойной воде; 2 - расчетная диаграмма на спокойной воде; 3 - экспериментальная диаграмма на вершине волны; 4 -расчетная диаграмма на вершине волны.

Рис. 8 Сопоставление расчетных и экспериментальных диаграмм статической остойчивости модели на спокойной воде и на волнении:

диаграммы остойчивости до 20° крена мало отличаются от диаграммы на спокойной воде.

На рис. 8 приведены результаты некоторых экспериментов на спокойной воде и при размерах волн, соответствующих (после пересчета на натуру) волне в 2 балла (Л,в=1,1Ьм=0,6м; И=О,О75м).

Как следует из проведенного сопоставления, разность расчетного и экспериментального метода не превышает 15-17%. Следует отметить также, что при углах крена до 15°сходимость расчетных и экспериментальных кривых более высокая.

Исследования остойчивости расчетным методом

Кроме анализа выполненных экспериментальных исследований остойчивости на модели, работа содержит большой раздел, в котором приведены результаты расчетов параметров остойчивости амфибийных машин на волнении с использованием метода профессора Благовещенского С.Н. Эти расчеты выполнены для плавающих машин МТ-ЛБ, ГГГС-2 и БМП-3, а также для условной модели плавающей машины, остойчивость которой исследовалась экспериментально.

При расчете корпуса машин принимались полностью герметичными, с отсутствием течи воды. Все данные приведены для машин с полной

а)

1.2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

0 10 20 30 40 50 609°

Рис. 9 Изменение плеч поперечной остойчивости МТ-ЛБ на волнениях различной балльности при нахождении миделя машины на вершине

волны.

нагрузкой. Параметры волн подбирались таким образом, чтобы соответствовать одно-, двух-, трех- и четырехбалльному (где возможно) волнениям.

На рис. 9 показано изменение отношения плеч остойчивости машины МТ-ЛБ. На диаграммах отображено соотношения плеча остойчивости при нахождении машины на вершине волны к плечу остойчивости на спокойной воде

Проведенные исследования показывают, что в большинстве случаев плавания по волне и ветру, когда скорость амфибии и волны близки друг к другу, у всех трех машин и модели параметры остойчивости ухудшаются.

Это ухудшение зависит от соотношения длины волны с длиной машины, причем наибольшим образом снижение остойчивости происходит при

= 0,6...0,9. Для ПТС-2 это волны высотой к = 0,75м и длиной А. = 0,63L (крутизна к/Л-и X = 0,94Ь (крутизна = Д®1 МТ-ЛБ это

волны, имеющие высоту к = 0,75м и длиной X = l,06L (крутизна

Для БМП-3 подобные закономерности вследствие низкого надводного силуэта менее заметны, но вершина волны высотой к = 0,75м и длиной = 1.0^ (крутизна = при нахождении в миделе приводит к

достаточно заметному снижению остойчивости при углах крена 15-20

Степень снижения остойчивости зависит также от места расположения вершины волны по длине корпуса. Наиболее интенсивное снижение происходит при расположении вершины в районе миделя. Плечо остойчивости снижается в среднем в 2,2-2,5 раза при углах крена в 20°-30° (для МТ-ЛБ на волнах

/),/! = и для БМП-3 - йв=0,75м, И, /Я = ).

Следует отметить, что с увеличением балльности волнения изменение параметров остойчивости в худшую сторону сильнее, а практически все

й,=1,25м, К№ = д™ ПТС-2 - йв=0,75м,

диаграммы статической остойчивости обретают более выраженный S-образный характер.

Результаты выполненных расчетов минимального опрокидывающего момента на волнении (Мв) при нахождении вершины на миделе и его соотношение с минимальным опрокидывающим моментом на спокойной воде ^с) показаны на рис. 10.

В большинстве случаев плавания на волнении минимальный опрокидывающий момент также снижается по сравнению со значением на спокойной воде. Эти изменения связаны с размерами амфибийных машин, размерами волн, взаимным расположением фиксированных точек волнового профиля относительно корпуса машины.

Наибольшие ухудшения наблюдаются при расположении гребня волны при миделе. Минимальный опрокидывающий момент снижается в 1,6... 1,7 раза для МТ-ЛБ (he=0,75M, Х,=7,5м) и ПТС-2 (^=0,75м, Х=7,5м) и до 4,3 раз 1,1

1

0,9 0.8 0,7 0,6 0,5 0,4 0.3 0,2

0 0,5 1 1,5 2 ¿еЛ. 2,5

Рис. 10 Относительное изменение минимального опрокидывающего

момента амфибий в зависимости от относительной длины волны для волн различной высоты

для БМП-3 (й,=0,75м, Х=15м).

Снижение минимального опрокидывающего момента так же зависит от

соотношения длины волны с длиной машины. Как и при изменении плеч остойчивости, наибольшим образом снижение момента происходит при

^У^— 0,6... 1,1. Так, для всех исследуемых машин при движении по волне

высотой йв=0,25м наибольшее значение момент принимает при Л,//, = 0,4...0,5 и далее с увеличением длины волны снижается. При высоте волн Ав=0,75м максимальное значение наблюдается п р и^Д , 2 5 для ПТС-2, а для БМП-3 и МТ-ЛБ в районе Лв/Ь -1,75.

Первичная оценка удара в борт разрушающейся волны Анализ поперечных наклонений амфибийной машины в зоне разрушения волн, в которой происходит резкое увеличение возмущающего действия волнения, сказывающееся прежде всего в возникновении ударной нагрузки, представляет несомненный практический интерес.

Оценка динамической остойчивости амфибии производилась на основе сравнения кинетической энергии К, приобретенной качающейся амфибией после удара разрушающейся волны, с запасом потенциальной энергии, определяемой диаграммой динамической остойчивости амфибии с учетом

Рис. 11 Диаграмма динамической остойчивости ПТС-2

работы сил демпфирования. Запас потенциальной энергии должен определяться с учетом начального крена обусловленного, например, действием ветровой нагрузки, смещением грузов и т.п.

Кинетическая энергия качающейся амфибии после удара разрушающейся волны в неблагоприятной фазе воздействия равна

где - максимальная угловая скорость амфибии при качке; максимальная угловая скорость амфибии в результате удара; - момент инерции массы амфибии относительно продольной оси с учетом присоединенных масс воды и влияния на них мелководья.

Для расчета задаемся высотой волны А01о/о = 2,7м, что соответствует

максимально возможной высоте, которая встречается в данном районе моря при четырехбалльном волнении. Отложив в масштабе полученный результат на диаграмме динамической остойчивости ПТС-2 (рис. 11), замечаем, что линия, соответствующая рассчитанной энергии удара, проходит выше приведенной диаграммы динамической остойчивости на спокойной воде. Выше отмечалось, что с усилением волнения остойчивость амфибии, как правило, ухудшается. При движении по волнению различными курсами амфибия может испытывать одновременно как снижение остойчивости, так и удары разрушающихся волн. Очевидно, что из всех сочетаний курсов амфибии и направлений бега волн удар волны, движущейся перпендикулярно борту вызовет наибольший крен. Следовательно, подобного удара транспортер не выдержит.

Тем не менее, даже при высоте волн = 1,94 м, для ПТС-2 равенство кинетической энергии с запасом потенциальной наступает при угле крена не менее 56°. При отсутствии герметичной крыши такой крен приведет к поступлению больших масс воды в корпус и гибели машины

Сравнивая высоту волн трех и четырехбалльного волнения различной обеспеченности и результаты расчетов удара волн, заметим, что ПТС-2 на

трехбалльном волнении после удара разрушающейся волны в борт получит крен не более 55 - 65°. Напомним, что в расчетах корпуса машин принимались герметичными, с отсутствием воды в корпусе. Следовательно, плавание транспортера на трехбалльном волнении безопасно только при наличии морского оборудования.

Сильная бортовая качка АМ с углами крена более 15-20° в подавляющем большинстве негативно воспринимается членами экипажей. Для многих машин палубной конструкции, не имеющих специального оборудования и герметичной крыши даже кратковременный крен более 20-25° опасен. Это ограничение следует учитывать при выборе критерия остойчивости.

В качестве одного из критериев надежной работы на волнении в прибрежной зоне можно предложить максимально допустимое снижение плеча остойчивости по сравнению со спокойной водой при углах крена 20° и 25°. Значение плеча берется с диаграмм статической остойчивости на вершинах волн эксплуатационной балльности, длина которых составляет 6090% длины амфибии. Так, при угле крена 25° снижение плеча для ПТС-2 составляет 24%, при угле крена 20° на том же волнении - 33%. Для МТ-ЛБ, при угле крена 25° снижение плеча 24%, при 20° - 32%; для БМП-3 при крене 25° снижение вследствие низкого силуэта менее 5% (при волнении 1 балл; при более сильном волнении требуется проверка заливаемости).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Теоретические и экспериментальные исследования поведения амфибийных машин на волнении позволили установить:

1. Потеря поперечной остойчивости наиболее вероятна по сравнению с потерей продольной. Для оценки поперечной остойчивости амфибийных машин следует использовать основной критерий

предлагаемый Речным Регистром России. Опрокидывающий и допускаемый моменты должны определяться по диаграммам остойчивости, построенным для положения амфибии на вершине попутной волны; амплитуда качки принимается равной нулю. Кренящий момент от действия ветра рассчитывается с коэффициентом = 0,8. Расчет диаграмм можно вести с

использованием интегральных кривых Власова В.Г. по формулам, предложенным проф. Благовещенским С.Н. В качестве дополнительных критериев следует учитывать снижение остойчивости в экстремальных условиях эксплуатации (высокое положение центра тяжести груза и большое количество забортной воды в корпусе).

2. Наиболее вероятно потеря поперечной остойчивости на волнении может наблюдаться при движении по волне и ветру со скоростями, близкими к скорости перемещения волны. При этом могут происходить снижения параметров остойчивости (метацентрических высот, метацентрических радиусов, плеч остойчивости и др.). Плечо остойчивости снижается в среднем в 2,2-2,5 раза при углах крена в 20°-30° (для МТ-ЛБ на волнах

А,=1,25м, \/Х = У15\ для ПТС-2 - /¡.=0,75м, К/Л = %о и Д™ БМП-3 -

Ив=0,75м, = Минимальный опрокидывающий момент снижается в 1,6... 1,7 раза для МТ-ЛБ (А,=0,75м, Я=7,5м) и ПТС-2 (й,=0,75м, Х=7,5м) и в

4,3 раза для БМП-3 (А„=0,75м, Х=15м). Эти изменения связаны с размерами амфибийных машин, размерами волн, взаимным расположением фиксированных точек волнового профиля относительно корпуса машины. Наибольшие ухудшения наблюдаются при расположении гребня волны в середине длины корпуса.

3. Плечи остойчивости находятся в зависимости от формы корпуса. Вход или выход из воды гусеничных полок, листов днища и крыши или смена угла наклона погруженных бортовых листов корпуса отражаются на диаграммах местным максимумом или минимумом. С увеличением высоты волнения подобные местные выступы на диаграммах статической остойчивости становятся более выраженными и могут достигать 0,1 м.

4. При движении против волны и ветра опасность потери остойчивости вследствие ее снижения от воздействия волнения невелика, поскольку время пребывания на вершине ничтожно мало (не превышает двух-трех секунд). Тем не менее, в этом случае следует помнить о высокой ударной нагрузке встречных волн на корпус (слемминге) и заливаемости палубы.

5. Проведенные исследования влияния длины волны на остойчивость показывают, что наиболее опасны волны длиной 0,6...0,9 длины корпуса. Более крутые волны, вершина которых находится при миделе, как правило, сильнее снижают остойчивость. К примеру, модельные испытания

показывают что при происходит снижение плеч остойчивости

более чем в 1,5 раза, для менее крутых волн = снижение не превышает 1,06 раза.

6. Более подробного рассмотрения заслуживает оценка поведения машин с позиций остойчивости в процессе их качки и удара разрушающейся волны в борт. Это сложный динамический процесс, требующий, несомненно, натурных испытаний. Для машин, эксплуатация которых предполагает работу на заданном волнении, на стадии проектирования необходимо сравнивать диаграммы динамической остойчивости амфибии, находящейся на вершине волны, с работой удара волны в борт. Особое внимание следует уделять быстроходным водоизмещающим амфибиям, скорости которых близки к скоростям бега волн при предельном для них волнении.

7. Для многих машин палубной конструкции, не имеющих специального оборудования и герметичной крыши крен более 20-25° опасен. Для каждой амфибийной машины на стадии проектирования расчетным путем должна устанавливаться предельная балльность волнения > и степень снижения остойчивости, при которой эксплуатация этой машины еще допустима.

8. В качестве одного из критериев надежной работы на волнении можно предложить максимально допустимое снижение плеча остойчивости по сравнению со спокойной водой при углах крена 20° и 25° . Значение плеча берется с диаграмм статической остойчивости на вершинах волн эксплуатационной балльности, длина которых составляет 60-90% длины амфибии. Так, при угле крена 25° - не более 24%, при 20° - не более 33%.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Целесообразно провести натурные исследования изменения остойчивости плавающих машин на волнении. Параллельно с работой на натурной машине следует также продолжить поисковые исследования с целью усовершенствования расчетного метода, в том числе и для расчета остойчивости при движении произвольными курсами на волнении.

2. Необходимо провести экспериментальные исследования процесса удара разрушающейся волны в борт с целью повышения надежности расчета и уточнения выбора запаса остойчивости.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Филиппов М.Ю. Остойчивость амфибийных машин на волнении. МАДИ (ГТУ). - М., 2002. - 8с. - Деп. в ВИНИТИ 04.07.2002, №1241-В2002.

2. Филиппов М.Ю. Особые случаи эксплуатации амфибий на воде, приводящие к потере остойчивости. МАДИ (ГТУ). - М., 2003. - 8с. -Деп. в ВИНИТИ 03.04.2003, №605-В2003.

3. Филиппов М.Ю. Исследование остойчивости на физической модели амфибийной машины. МАДИ (ГТУ). - М., 2003. - 6с. - Деп. в ВИНИТИ 03.04.2003, №606-В2003.

4. Филиппов М.Ю. Снижение остойчивости плавающих машин в условиях волнения. МАДИ (ГТУ). - М., 2003. - 5с. - Деп. в ВИНИТИ 27.10.2003, №1871-В2003.

Принято к исполнению 05/04/2004 Исполнено 06/05/2004

Заказ № 170 Тираж: 100 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095)318-40-68 www.autoieferat.ru

Введение.

Глава 1 Анализ научно-исследовательских работ по остойчивости машин на волнении. Постановка цели и задач работы.

1.1 Анализ научно-исследовательских работ.

1.2 Постановка цели и задач работы.

Глава 2 Анализ теории остойчивости судов на волнении и применение ее требований к амфибийным машинам.

2.1 Общие сведения и понятия.

2.2 Экстремальные условия эксплуатации амфибийных машин, в которых велика вероятность потери остойчивости.

2.2.1 Характеристики волн и волнений.

2.2.2 Особенности работы амфибий на волнении с точки зрения остойчивости.

2.2.3 Особые эксплуатационные случаи.

Выводы.

Глава 3 Исследование остойчивости амфибийных машин на волнении экспериментально-расчетным методом.

3.1 Общие положения.

3.2 Программа исследований.

3.3 Объект исследований.

3.4 Экспериментальная установка.

3.5 Результаты модельных экспериментов.

3.6 Результаты расчетов остойчивости серийных амфибийных машин на волнении.

3.7 Расчет воздействия разрушающегося волнения на амфибию.

Выводы.

Амфибийные машины (АМ) находят многообразное применение в различных гражданских отраслях и в структуре средств вооружения и технического оснащения армии и флота. Амфибийные машины используются, главным образом, в качестве транспортных и тяговых средств, а также в качестве шасси для монтажа различного технологического оборудования и вооружения.

Парк амфибийных машин в гражданских отраслях сравнительно невелик. Эффективное и рентабельное применение здесь амфибийных машин предполагает тщательный и обоснованный выбор транспортных и технологических задач, для решения которых привлекаются амфибийные машины. Как правило, применение амфибийных машин экономически и технически оправдано там, где требуется обеспечить возможность автономного движения машины по местности, где отсутствуют оборудованные переправы через водные преграды и преобладающая доля маршрута движения приходится на территории с развитой речной сетью или на водные пути, в том числе и на морские побережья.

Амфибийные машины оказываются также эффективны в тех случаях, когда удается избежать перевалки грузов с речного (морского) транспорта на сухопутный и обратно, заменить авиатранспорт с присущими ему ограничениями эксплуатации по метеоусловиям и высокой стоимостью перевозок, поднять производительность труда путем механизации технологических и транспортных процессов тех производств, которые ведутся на морских прибрежных мелководных участках, реках, озерах и искусственных водоемах.

Расширение использования амфибийных машин в военных целях полностью отвечает современной тенденции повышения оперативной и тактической подвижности войск. Амфибийные машины составляют неотъемлемую часть технического оснащения сухопутных войск и морской пехоты.

Анализ использования амфибийных машин в народном хозяйстве позволяет выделить несколько направлений, где подобные машины оказываются незаменимыми или более рентабельными по сравнению с другими транспортными и технологическими средствами, выполняющими те же функции в аналогичных условиях эксплуатации.

Рейдовая разгрузка судов. Сезонное снабжение грузами северного и восточного побережья России осуществляется, главным образом, морским и затем речным транспортом по внутренним водным путям. Большинство арктических портопунктов не имеют причалов и подъемно-транспортного оборудования для грузовой обработки судов- снабженцев. Как показал практический опыт работы судов Северного и Мурманского морских пароходств на линиях снабжения районов Крайнего Севера, применение технологии рейдовой разгрузки судов с использованием амфибийных буксировщиков и морских платформ на воздушной подушке позволило в несколько раз поднять производительность, улучшить условия и безопасность труда и сократить время стоянки судов под разгрузкой. Сложная проблема надежной и экономически эффективной доставки грузов морским транспортом в районы Крайнего Севера и Дальнего Востока стимулирует поиски новых технических решений как на уровне отдельных машин, так и на уровне транспортных систем. Одновременно ставится задача уменьшить время непроизводительной стоянки судов-снабженцев на рейде портопункта из-за погодных условий, когда эксплуатация амфибийных машин вследствие волнений ограничивается. Причем одной из главных причин этого ограничения является возможность потери остойчивости машин при движении по волнам достаточно большой балльности.'

Лесная промышленность, лесосплав. Амфибийные тракторы могут использоваться как на берегу, так и на глубокой воде и на мелководье, и обладают большей универсальностью по сравнению с катерами и лебедками. Малые несудоходные реки и реки с сезонным судоходством, часто используемые для молевого сплава леса, практически не доступны для плавучих очистных агрегатов из-за малых глубин, наличия порогов и пересыхающих участков русла. Для выполнения подобных экологических задач хорошо приспособлены амфибийные технологические и транспортные агрегаты, которые могут работать как на плаву, так и на мелководье и на суше вдоль береговой черты.

Спасательные и эвакуационные работы в зонах катастрофических природных явлений или техногенных аварий, поисково-спасательные работы. Амфибийные машины незаменимы в структуре технических средств Министерства по чрезвычайным ситуациям, подразделений гражданской обороны и различных региональных и ведомственных поисково-спасательных служб. Спасательные, санитарные и другие специализированные машины на амфибийном шасси могут практически при любой погоде и независимо от времени суток доставить в труднодоступное место спасателей, медперсонал и медицинское оборудование, эвакуировать раненых, доставить необходимое оборудование для оказания экстренной помощи и развертывания работ по ликвидации последствий аварии или стихийного бедствия. Для оснащения подразделений поисково-спасательной службы ВВС, занятой поиском и эвакуацией спускаемых космических аппаратов и космонавтов, в СКБ автомобильного завода им. Лихачева был создан специальный авиатранспортабельный комплекс поисково-эвакуационных амфибийных машин.

Обслуживание трубопроводов, ЛЭП и других протяженных сооруэ>сений, транспортное обеспечение газо- и нефтепромыслов. Как правило, значительная доля протяженности газо- и нефтепроводов, линий электропередач, кабельных линий проходят вдали от освоенных мест по труднопроходимой местности, тундре, болотам, через большие и малые водные преграды. Эксплуатация сооружений трубопроводного транспорта и ЛЭП требует проведения периодического инспектирования, а в случае аварии - оперативной доставки ремонтных бригад и целого комплекса техники. Работа удаленных газо- и нефтепромыслов также связана со всесезонными перевозками по болотам и бездорожью сменных вахт, топлива, запасных частей, грузов для обеспечения персонала промыслов и т.д. В качестве шасси транспортных машин и технологических агрегатов, используемых для указанных целей, широко применяются амфибийные машины.

Высокие требования к тактической подвижности сухопутных войск обусловили широкое распространение амфибийных машин в структуре вооружения и технического оснащения армий многих государств. Практически все типы боевых машин с легким бронированием (массой до 2025 т) включают в себя. образцы, обладающие водоходными свойствами. Иногда амфибийными выполняются и более тяжелые бронированные машины. При этом уровень водоходных свойств может сильно различаться в зависимости от целевого назначения и функций, возлагаемых на машину, а также конкретных особенностей конструкции машины. Амфибийные машины используются армиями различных стран как для десантных операций, так и для форсирования водных преград на сухопутном театре действий.

Расширение сфер использования амфибий вызывает постоянный рост требований к технике. В современных условиях улучшение водоходных и сухопутных свойств производится совместно. Конкретное сочетание свойств, которыми должна обладать та или иная машина, зависит от ее функционального назначения и условий применения (условий эксплуатации). Однако часто улучшение водоходных качеств вступает в противоречие с сухопутными. К примеру, улучшение вооружения, увеличение брони, установка более тяжелой силовой установки (правда, несколько более мощной) приводит к увеличению веса машины, что неизбежно ухудшает водоходные свойства. Для подавляющего большинства типов амфибийных машин комплекс водоходных свойств подчинен другим, более важным, с точки зрения конечной эффективности объекта, функциональным свойствам, в частности, сухопутным свойствам. Помня, что сухопутные свойства являются доминирующими, а водоходные важными, но второстепенными, необходимо улучшать такие водоходные качества как ходкость, управляемость, остойчивость, непотопляемость, не ухудшая сухопутных.

Комплексное улучшение водоходных свойств машины является сложной инженерной задачей, успешное решение которой немыслимо без проведения серьезных научных исследований и опытно- конструкторских работ, направленных на создание новых образцов бронированных и небронированных машин. Как показывает анализ технических характеристик наиболее распространенных типов амфибийных машин (в отношении их водоходных свойств), за последние 40-50 лет в большей части отсутствует прогресс в скорости на плаву и в других показателях водоходных свойств. Часто современные машины даже уступают по этим показателям более старым однотипным образцам, которые предназначены для выполнения аналогичных функций. Это, однако не означает отсутствие прогресса самих амфибийных машин. Конструкция плавающих машин в части водоходных свойств также совершенствуется, но это развитие проявляется не в форме роста абсолютных показателей комплекса водоходных свойств (которые сохраняются примерно на стабильном уровне) а в форме уменьшения ресурсов (объемов корпуса, массы и т.д.), затрачиваемых на обеспечение необходимого уровня водоходных свойств. Это позволяет большую долю ресурсов использовать для повышения основных (с точки зрения целевого назначения машины) функциональных свойств.

Обеспечение остойчивости амфибийных машин является одним из важнейших условий безопасности их плавания. Оценка остойчивости является существенной частью инженерного расчета любой плавающей машины. При этом появляются два вопроса - остойчива амфибия или нет и как она поведет себя при потере остойчивости. Решение задачи представляет значительные трудности, особенно в тех случаях, когда условия эксплуатации предполагают использование машины на волнении.

Суда имеют большую историю развития, несоизмеримую с историей развития АМ. При этом остойчивости судов всегда, особенно в последние столетия, уделялось самое серьезное внимание. Тем не менее, проблема остойчивости остается актуальной. По-прежнему из-за потери остойчивости гибнут суда. По подсчетам американских океанографов Рехнитцера и Терри, начиная с 1902 г., в среднем за год гибнет 398 судов. Гибель судов от потери остойчивости - одна из тяжелейших морских катастроф, часто несущая гибель всему экипажу.

Остойчивость амфибий на волнении исследована недостаточно, но эта задача является одной из важных проблем мореходности амфибийных машин, поскольку значительное ухудшение остойчивости может происходить при интенсивной заливаемости низкобортных надводных частей корпуса в условиях поперечной и продольной качки.

Сложность процесса взаимодействия плавсредства с волнением и ветром, разнообразие физических картин опрокидывания и отсутствие надежных математических описаний динамики АМ на волнении подчеркивают актуальность постановки задачи определения остойчивости на волнении. Учение об остойчивости относится к одному из наиболее развивающихся направлений динамики судна на волнении. Накопление новых данных не только обогащает практику проектирования амфибий, но и приводит к совершенствованию самой теории остойчивости, уточнению методов ее оценки в различных условиях эксплуатации.

Остойчивость АМ на волнении имеет ряд особенностей и представляет значительный интерес в связи с эксплуатацией машин в прибрежных зонах морей и океанов. Особой темой является остойчивость при входе в условиях волнения в воду и выходе из нее. Включение в анализ ситуаций, при которых амфибийная машина теряет начальную остойчивость, поможет уже на стадии проектирования выявить все опасные режимы плавания. В море же при подобных авариях, когда благополучный исход во многом определяется действиями плавсостава, понимание экипажем особенностей реакции неостойчивой машины на действие ветра или волнения позволят принять правильное решение и сделать все возможное для спасения.

Исследованию остойчивости амфибий на волнении и посвящена данная работа.

Методы исследования

В теоретической части работа базировалась на трудах отечественных и зарубежных ученых по теории остойчивости на спокойной воде и на волнении. Экспериментальные исследования проводились на физической модели условной плавающей машины. Расчетно-теоретические исследования выполнялись для трех плавающих машин с использованием ЭВМ.

Научная новизна

Впервые выполнены теоретические исследования параметров остойчивости амфибийных машин на волнении. Выполненные экспериментальные и расчетные исследования изменений параметров остойчивости позволили впервые выявить качественные и количественные особенности остойчивости плавающих машин на волнении, установить наиболее опасные режимы движения и сформулировать рекомендации по улучшению остойчивости амфибийных машин на волнении.

Практическая ценность

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований остойчивости натурных машин и физической модели можно использовать при создании новых амфибийных машин и для ориентировочной оценки параметров остойчивости амфибий на волнении и на спокойной воде. Данные исследований помогут выявить приспособленность существующих машин к различным районам плавания и избегать попадания в экстремальные условия эксплуатации.

Реализация результатов работы

Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре тягачей и амфибийных машин МАДИ (ГТУ), а также рассмотрены и приняты к использованию в процессе последующей модернизации амфибийных машин Главным автобронетанковым управлением МО РФ.

Апробация работы

Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры "Тягачей и амфибийных машин" МАДИ (ГТУ) в 2004 г.

Основные положения диссертационной работы докладывались на 59-й и 61-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях

МАДИ (ГТУ), в подсекции колесных и гусеничных машин высокой проходимости в рамках научно-технического семинара по колесным и гусеничным машинам высокой проходимости в 2001 и 2003 гт.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.

На защиту выносятся основные положения расчетно-теоретических и экспериментальных исследований параметров остойчивости амфибийных машин на волнении.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Теоретические и экспериментальные исследования поведения амфибийных машин на волнении позволили установить:

1. Потеря поперечной остойчивости наиболее вероятна по сравнению с потерей продольной. Для оценки поперечной остойчивости амфибийных машин следует использовать основной критерий (Мкр<Мдоп), предлагаемый Речным Регистром России.

Опрокидывающий и допускаемый моменты должны определяться по диаграммам остойчивости, построенным для положения амфибии на вершине попутной волны; амплитуда качки принимается равной нулю. Кренящий момент от действия ветра рассчитывается с коэффициентом (р = 0,8. Расчет диаграмм можно вести с использованием интегральных кривых Власова В.Г. по формулам, предложенным проф. Благовещенским С.Н. В качестве дополнительных критериев следует учитывать снижение остойчивости в экстремальных условиях эксплуатации (высокое положение центра тяжести груза и большое количество забортной воды в корпусе).

2. Наиболее вероятно потеря поперечной остойчивости на волнении может наблюдаться при движении по волне и ветру со скоростями, близкими к скорости перемещения волны. При этом могут происходить снижения параметров остойчивости (метацентрических высот, метацентрических радиусов, плеч остойчивости и др.). Плечо остойчивости снижается в среднем в 2,2-2,5 раза при углах крена в 20°

30° (для МТ-ЛБ на волнах к= 1,25м, = ДЛЯ-ПТС-2 - /гв=0,75м, и для БМП-3 - /гв=0,75м, Лв/Я = ^ф). Минимальный опрокидывающий момент снижается в 1,6.1,7 раза для МТ-ЛБ (/гв=0,75м, Х=7,5м) и ПТС-2 (/гв=0,75м, Х=7,5м) и в 4,3 раза для БМП-3 (/гй=0,75м, Х=15м). Эти изменения связаны с размерами амфибийных машин, размерами волн, взаимным расположением фиксированных точек волнового профиля относительно корпуса машины. Наибольшие ухудшения наблюдаются при расположении гребня волны в середине длины корпуса.

3. Плечи остойчивости находятся в зависимости от формы корпуса. Вход или выход из воды гусеничных полок, листов днища и крыши или смена угла наклона погруженных бортовых листов корпуса отражаются на диаграммах местным максимумом или минимумом. С увеличением высоты волнения подобные местные выступы на диаграммах статической остойчивости становятся более выраженными и могут достигать 0,1 м.

4. При движении против волны и ветра опасность потери остойчивости вследствие ее снижения от воздействия волнения невелика, поскольку время пребывания на вершине ничтожно мало (не превышает двух-трех секунд). Тем не менее, в этом случае следует помнить о высокой ударной нагрузке встречных волн на корпус (слемминге) и заливаемости палубы.

5. Проведенные исследования влияния длины волны на остойчивость показывают, что наиболее опасны волны длиной 0,6.0,9 длины корпуса. Более крутые волны, вершина которых находится при миделе, как правило, сильнее снижают остойчивость. К примеру, модельные испытания показывают что при происходит снижение плеч снижение не превышает 1,06 раза.

6. Более подробного рассмотрения заслуживает оценка поведения машин с позиций остойчивости в процессе их качки и удара разрушающейся волны в борт. Это сложный динамический процесс, требующий, несомненно, натурных испытаний. Для машин, эксплуатация которых предполагает работу на заданном волнении, на стадии проектирования необходимо сравнивать диаграммы динамической остойчивости амфибии, находящейся на вершине волны, с работой удара волны в борт. Особое внимание следует уделять быстроходным остойчивости более чем в 1,5 раза, для менее крутых волн водоизмещающим амфибиям, скорости которых близки к скоростям бега волн при предельном для них волнении.

7. Для многих машин палубной конструкции, не имеющих специального оборудования и герметичной крыши крен более 20-25° опасен. Для каждой амфибийной машины на стадии проектирования расчетным путем должна устанавливаться предельная балльность волнения и степень снижения остойчивости, при которой эксплуатация этой машины еще допустима.

8. В качестве одного из критериев надежной работы на волнении можно предложить максимально допустимое снижение плеча остойчивости по сравнению со спокойной водой при углах крена 20° и 25° . Значение плеча берется с диаграмм статической остойчивости на вершинах волн эксплуатационной балльности, длина которых составляет 60-90% длины амфибии. Так, при угле крена 25° - не более 24%, при 20° - не более 33%.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Целесообразно провести натурные исследования изменения остойчивости плавающих машин на волнении. Параллельно с работой на натурной машине следует также продолжить поисковые исследования с целью усовершенствования расчетного метода, в том числе и для расчета остойчивости при движении произвольными курсами на волнении.

2. Необходимо провести экспериментальные исследования процесса удара разрушающейся волны в борт с целью повышения надежности расчета и уточнения выбора запаса остойчивости.

1. Аксенов A.B., Кононович Ю.А. Плавающие колесные и гусеничные машины: Учебник Министерства обороны СССР М.: Воениздат, 1963.

2. Антонов A.C. и др. Армейские автомобили./ Теория.— М.: Воениздат, 1970.

3. Басин A.M. Ходкость и управляемость судов М.: Транспорт, 1977.

4. Беленький В.Л. Определение вероятности опрокидывания как задача нормирования остойчивости: Дисс. канд. техн. наук. — Ленинград, 1974.

5. Беляк Ю.Л. Освоение морских прибрежных районов судами внутреннего плавания.-М.: Транспорт, 1967.

6. Благовещенский С.Н. Остойчивость судна на гребне волны: Сб. Регистра СССР./ Теоретические и практические вопросы остойчивости и непотопляемости- М.: Транспорт, 1965.

7. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля./Т. 1. Статика корабля-Л.: Судостроение, 1976.

8. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля./ Т. 2. Динамика (качка) корабля- Л.: Судостроение, 1976.

9. Бородай И.К. Поперечная остойчивость судна при движении на волнении: Технический отчет по работе./ ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 1961.

10. Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Мореходность судов.- Л.: Судостроение, 1982.

11. П.Бугаев В.Н. Метод прометацентров при исследовании и решении нелинейных задач статической остойчивости судна.- Владивосток: Издательство Дальневосточного университета, 1991.

12. Васько М.А. Некоторые вопросы остойчивости судна на попутном волнении: Дисс. канд. техн. наук.- Ленинград, 1971.

13. Вигель Р.Л., Патрик Л.А. Отчет по испытаниям транспортеров в прибойной зоне,- Беркли, Калифорния, 1954.

14. Н.Воеводин Н.Ф. Изменение остойчивости Судов.- Л.: Судостроение, 1973.

15. Воеводин Н.Ф. Расчет статической остойчивости судна на попутной волне. Судостроение №7, 1963.

16. Давыдов Н.Г., Степанов А.П. Эксплуатация и безопасность движения плавающих машин. -М.: Транспорт, 1988.

17. Дробленков В.Ф. и др. Справочник по теории корабля. М.: Воениздат, 1984.

18. Жабров В.И. и др. Отчет о натурных и модельных испытаниях плавающих автомобилей на остойчивость- ЦНИИИИ им. Д.М. Карбышева, 1961.

19. Иверсен В., Кроу Р. Модельные исследования плавающих машин в прибойной зоне-Парамоунт, Калифорния, 1954.

20. Исследование и проектирование специальных транспортных средств./ Сб. научных трудов./ Под ред. Степанова А.П.- М.: МАДИ, 1988.

21. Кононович Ю.А. Теоретическое и экспериментальное исследование вопросов плавания гусеничных транспортеров без специального водоходного движителя: Дисс. канд. техн. наук-Ленинград, 1958.

22. Коняев А.Б. Регрессионные модели для определения максимальных углов крена и дифферента при работе плавающих машин в условиях нерегулярного волнения./ Сб. научных трудов./ Под ред. Степанова А.П.-М.: МАДИ, 1992.

23. Кузнецова И.А. Геометрическая интерпретация и решение задач качественного анализа остойчивости судна на волнении: автореф. дисс. докт. техн. наук-Калининград, 1992.

24. Куликов C.B., Храмкин М.Ф. Водометные движители.- Л.: Судостроение, 1980.

25. Липис В.П., Ремез Ю.В. Безопасные режимы штормового плавания судов-М.: Транспорт, 1982.

26. Моисеева М.Э. Оценка совместимости требований к остойчивости, непотопляемости и бортовой качке судов Л.: Судостроение, 1976.

27. Найденов Е.В. Контроль посадки и остойчивости судна.- М.: Транспорт, 1983.

28. Нечаев Ю.И. Моделирование остойчивости на волнении. Л.: Судостроение, 1989.

29. Нечаев Ю.И. Приближенный способ расчета остойчивости судна при движении судна на вершине попутной волны: Сб. Регистра СССР./ Теоретические и практические вопросы остойчивости и непотопляемости — М.: Транспорт, 1965.

30. Нечаев Ю.И. Проблема остойчивости на попутном волнении в теории и практике проектирования судов: Дисс. докт. техн. наук. -Калининград, 1965.

31. Папир А.И. Водометные движители малых судов.- Л.: Судостроение 1970.

32. Плавающий гусеничный транспортер ПТС-2./ Редактор Алексеев А.И.-М.: Военное издательство, 1979.

33. Пластинин Е.И. и др. Краткий отчет об исследовании остойчивости плавающих машин.- ЦНИИИИ им. Д.М. Карбышева, 1962.

34. Правила классификации и постройки морских судов./ Российский Морской Регистр Судоходства./ 8-е издание- М.: Марин инжиниринг сервис, 1999.

35. Правила классификации и постройки речных судов./ Российский Речной Регистр./ Т1- М.: Марин инжиниринг сервис, 1995.

36. Проектирование, расчет и исследование транспортных машин высокой проходимости./ Сб. научных трудов./ Под ред. Степанова А.П.-М.: МАДИ, 1998.

37. Саломатин П. А. Гидростатические расчеты специальных транспортных средств: Учебное пособие-М.: МАДИ, 1986.

38. Саломатин П.А. Современные амфибийные машины: Учебное пособие-М.: МАДИ, 1996.

39. Салтовская В.М. Остойчивость судов на попутном волнении— М.: Транспорт, 1964.

40. Степанов А.П. Жульнев Н.Я. Оценка связей между статическим запасом плавучести, остойчивостью и непотопляемостью плавающих машин./ Сборник научных трудов./ Под ред. Степанова А.П.- М.: МАДИ, 1988.

41. Степанов А.П. Конструирование и расчет плавающих машин. — М.: Машиностроение, 1983.

42. Степанов А.П. Мореходность амфибийных машин: Учебное пособие.-М.: МАДИ, 1998. .

43. Степанов А.П. Расчет ходкости автомобиля с забортными водометными движителями: Рукопись, 1998.

44. Степанов А.П. Расчет ходкости и маневренности амфибийных машин с гусеничным и водоходными движителями: Учебное пособие М.: МАДИ, 1996.

45. Холодилин А.Н., Шмырев А. Н. Мореходность и стабилизация судов на волнении-Л.: Судостроение, 1986.

46. Bascom W. Waves and beaches. The Dynamics of the Ocean Surface. New York, 1964.

47. Burgess R.R. AAAV. Advanced Amphibious Assault Vehicle., 1998

48. Ehrlich I.R., Kamm I.O., Worden G. Water performance of amphibious vehicles: Journal of Terramechanics. Pergamon Press, 1970 Vol. 7. No 2. pp 61 to 102.

49. Paulling. J.R. Transverse Stability of a Ship in a longitudinal Seaway. Jorn. of Ship Res. v. 4, №4, 1961.

50. Tricker R.A. Bores, breakers waves and wakes London, 1964.