автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.06, диссертация на тему:Разработка и исследование пневматической системы гидротренажерного комплекса

На правах рукописи

РГб од

Мзхайлец Сергей Никитич

12 ДЕК 71Г..1

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГИДРОТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА

Специальность 05.04.06 - Вакуумная, компрессорная техника

и пневмосистемы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск - 20ии

Работа выполнена в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ) и Омском танковом инженерном институте (ОТИИ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В. Т. Швецов

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

А.Н. Вокарев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

B.C. Калекин

кандидат технических наук

C.B. Кононов

Ведущая организация: Федеральное Государственное Унитарное

Предприятие КБ ТМ, г. Омск

Защита диссертации состоится </7 > ноября £000 г. в/^часов на заседании диссертационного совета Д 063.23.02. б Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, Омск-50, Пр. Мира 11, корпус 5, ауд. 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан </■?-» октября 2000 г.

0Би1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Подводное вождение многоцелевых гусеничных машин (МГМ), существенно расширяющее возможности их применения, ввиду характерных особенностей комплекта оборудования для -подводного вождения, требует тщательной подготовки операторов машин и водолазного состава спасательно-эвакуационных групп к действиям в возможных нештатных ситуациях. Начальный этап такой подготовки проводится в специализированных гидротренажерных ь комплексах (ГТК), включающих в свой состав учебные бассейны с тренажерным оборудованием, где отрабатываются разнообразные задачи легководолазной подготовки, вырабатываются навыки затопления экипажем аварийной машины и выхода ив нее на поверхность воды, приемы последующего обследования затопленных машин и подготовки их к эвакуации на берег водоема.

Каждый учебный бассейн ГТК должен быть оборудован системой аварийного сброса воды во вспомогательный нижний резервуар (НР), сблздзющсп вы^сксй безотказностью быстппдейст^ием и ^нер^снея^-висимостью, что дает достаточные гарантии безопасности учебного процесса. Подъем воды вновь в учебные бассейны должен также происходить за наиболее короткое время для обеспечения высокой пропускной способности сооружения, что ранее обеспечивалось гидравлическими системами.

Анализ существующих на данное время конструктивных схем ГТК и соответствия их возможностей возрастающим требованиям к качеству учебного процесса выявил необходимость выработки новых .подходов к принципам конструирования ГТК и методам перемещения воды, обеспечивающим больший перечень отрабатываемых учебных задач и повышенную производительность систем подъема и сброса воды г. учебных бассейнах при сохранении достигнутого уровня безопасности, в частности, за счет энергии сжатого воздуха, что обеспечило энергонезависимый и устойчивый к возможным отказам основных и управляющих систем сброс воды из учебных бассейнов во вспомогательные резервуары.

Вышеизложенное дает основания считать актуальными вопросы, направленные на разработку конструктивных решений системы перемещения воды внтеснитрльного типа я? очрт энергии сжатого воз;?и'-

ла, работающей на переходных режимах и созданием для этой системы соответствующих методик расчета, связанных с созданием теоретических основ проектирования ГТК, являющегося по своей сути сложной динамической газопневмомеханической системой.

Дель работы. Совершенствование схемных решений ГТК и конструктивная разработка пневматической системы, обеспечивающей подъем воды из НР в учебные бассейны вытеснительным методом за счет энергии сжатого воздуха, и пассивный энергонезависимый и отказоустойчивый сброс воды в НР как в целях учебного процесса, так и для оказания срочной помощи обучаемым при возникновении под водой возможных нештатных ситуаций.

Данная цель достигается при решении следующих задач:

1. Разработка рациональной компоновочной схемы для учебных бассейнов и вспомогательных резервуаров ГТК, определение их оптимальных размеров и объемов, исходя из задач учебного процесса и конкретных возможностей производства.

2. Выбор приемлемых вариантов источника сжатого воздуха для пневмосистемы ГТК, и составление их математических моделей.

3. Составление математической модели процессов подъема и сброса воды и анализ взаимного влияния характеристик источника сжатого воздуха, гидравлической проточной части (ГШ), связывающей учебные бассейны и НР, пневмопровода подачи (ПП) и пневмопровода сброса (ПС) сжатого воздуха.

4. Составление математических моделей ИИ, ГШ и ПС и анализ на этой основе конструктивных и технологических факторов, влияющих на эти расходные характеристики.

5. Анализ математических моделей и выработка рекомендаций для разработки пневматической системы с окончательным вариантом источника сжатого воздуха, определение конкретных конструктивных и технологических факторы, обеспечивающих требуемые расходные характеристики ГПЧ, ПП и ПС.

Научная новизна. Разработаны основы построения математической модели рабочего процесса ГТК, в частности:

- составлена математическая модель расходной характеристики ПН и предложен алгоритм для расчета возможных вариантов этой характеристики, учитывающий проектные потребности и реальные возможности изготовителя;

- на основе модели изотермического движения газового потока предложены алгоритмы для расчета возможных вариантов расходных характеристик ПП и ПС, учитывающие проектные потребности и реальные возможности изготовителя;

- на основе разработанных алгоритмов исследована связь динамики процессов подъема и сброса воды с характером переходных рабочих режимов возможных источников сжатого воздуха и нагрузками на металлоконструкции НР, определяющая пропускную способность ГТК в целом и безопасность учебного процесса в частности, а также общую металлоемкость НР.

Практическая ценность.

Разработана методика, позволяющая вести расчет типового ряда аналогичных сооружений применительно к различным задачам учебного процесса в зависимости от потребностей изготовителя и возможностей производства.

Внедрение результатов. На основе расчетов, выполненных для конкретных вариантов ГПЧ, ПС и Ш применительно к ГТК с приводным центробежным нагнетателем (ПЦН), гарантированно обеспечивающих работу последнего в зоне границы устойчивых режимов, был выполнен технический проект, воплощенный в реальное сооружение, которое в настоящее время находится в состоянии эксплуатации в ОГШ (г. Омск). Это подтверждается соответствующим актом внедрения результатов работы и актом испытания ГТК.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции по экологии (Омск, 1997 г.), на 3-й Международной научно-технической конференции „Динамика систем, механизмов и машин" сОмск, 1999 г.), научно-практических конференциях межрегионального уровня, конференциях и семинарах в ОмГТУ и ОТШ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 тезисов докладов, 4 статьи, 2 отчета по научно* исследовательским работам.

Объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 119 страниц текста, 25 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 135 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость поставленной задачи, сформулирована цель исследования и методы ее достижения, дано краткое содержание работы по главам.

В первой главе на основании обзора литературы проводится анализ развития существующих гидротренажеров й их характеристик, методов обеспечения безопасности обучаемых, определяются возможности для улучшения уже достигнутых показателей применительно для разрабатываемого ГТК, обосновывается его компоновочная схема (см. рис.1) на основе идеи использования энергии сжатого воздуха для перемещения .воды в учебные бассейны, что позволяет обеспечить энергонезависимый сброс воды из них при возникновении аварийных ситуаций и определяется перечень задач, решение которых обеспечит реализацию оптимального конструктивного варианта.

Рис.1. Гидротренажерный комплекс О'ШИ: 1 - нижний резервуар; 2 - бассейн с тренажерами; 3'- клапан сброса; 4 - пневмопровод сброса; 5 - бассейн с МГМ; 6 - бассейн с барокамерой; 7 - пневмопровод подачи; 8 - клапан подачи; 9 - нагнетатель Н-24; 10 - двигатель В-46; 11 - колодцы-кингстоны ; 12 - связи потолка и пола нижнего резервуара.

Во второй главе на основе анализа задач учебного процесса,

габаритов тренажеров и реальных МГМ (см. табл. 1) обоснованы раз мррн ВБ, НР, приняты допущения и ограничения для расчетов.

Габаритно-массовые показатели МГМ

. № Масса Кли- Длина Ширина Высота

п/п шм, т ренс, мм Lm>mm Вм, мм мм

1 41 470 6860 3590 2190

2 42 451 5989 3589 2193

3 42,5 451 6982 3682 2219

4 42,5 451 5982 3682 2219

Таблица 2

Расчетные объемы ГТК

Показатель Длина Ширина Высота Площадь Объем

Ниж. рез.(HP) 14,5 11,5 1.2 166,7 200

Левый басс. 7 3,5 5,0 24,4 127

Средн.басс. 8 5 5,0 40 200

ПрсШыи басс. с с и, D 1.6 5,0 0 м '

Исходя из уравнения состояния идеального газа, расчета массы воздуха в HP з конце подъема воды гпКОн. времени рабочего цикла ГТК и времени подъема воды, определяются требуемая объемная (Q, м3/мин) и массовая (G, кг/с) производительность ПК и ПЦН, причем в первом варианте величина Q определяется для прямой подачи воздуха в HP (Q = 63,9 м3/мин), а также при использовании емкости-накопителя - EH (Q = 18.3 м^/мин); для ПЦН величина G составляет 1,26 кг/с. Далее рассчитан минимальный необходимый объем ЕН для ПК с Q = 20 м3/мин (103ВП-20/8): VEHrnin = 30,9 м3.

На основе уравнения состояния определяется связь граничного уровня Нгр прекращения подачи воздуха с давлением регулятора Ррэг и площадью заполняемого верхнего бассейна Гвб:

НГр = tnKoH-R-Ta/(Pper-PBB) и приводится перечень необходимых элементов системы автоматического управления подачей воздуха:

- датчики уровней Нвб. давления рнр и рен;

- блок управления (прием, обработка и выдача информации) -,

- клапаны подачи воздуха в ИР. отпрчки рн„ сброса воздуха из HP с сервоприводами.

Затем ка основе уравнения подачи ПК

0; ПШ = Чь-Ы - а-(П1/т - 1) ] ■ хт • хг • п и подстановки численных величин для ПК типа 103ВП-20/8 выводится уравнение, связывающее массовую производительность с плотностью атмосферного воздуха рвозд и степенью повышения давления П: С---0.4376рвозд[1-0,03406(П1/т-1 )]■ С1 - (0,009975+0,00114(П-1)2)).

Мощность привода ПК предлагается оценивать по выражению:

Р = 1пП)/(т)из'Имех) = Ю852 + (й-?Ма-1пП)/0,75.

Уравнения модельных характеристик центробежного нагнетателя Н-24 рассчитывались на основе экспериментальных данных, которые затем в процессе обработки на ЭВМ были аппроксимированы в следующем виде:

П = 14,623 - 27,834-6+ 20.417-62 - 5,025-0э;

Г.ад = 15,819 - 32,291-6 + 23,042-б2 - 5,025-63;

Р = 77,0286-6 + 14,042, кВт.

В этих формулах ~ рабочий объём 1-й ступени ПК; а - относительный объём мертвого пространства;. П - степень ■ повышения давления компрессора - рк/ра; го - показатель политропы расширения; Лт - к-т подогрева воздуха в цилиндре 1-й ступени; хг - к-т герметичности; п - частота вращения вала, об/мин; т)Яз - изотермический КПД ПК (0,75); 10852 - модифицированный механический КПД ПК, !? - газовая постоянная для воздуха (287 Дж/(кг-К); Та -температура атмосферного воздуха, п-д - адиабатический КПД ЩН.

На основании размеров НР и максимальных давлений, раззивае-мымых ПК и ПЦН, определяются максимальные нагрузки на металлоконструкции НР - соответственно 130,3 МН и 15.3 МН.

В третьей главе предложены методики расчета характеристик систем, влияющих на динамику рабочих процессов - сопротивлений ГПЧ, а также ПС и ПЛ. Расчет трубопроводов при неизвестном диаметре сводится к последовательному перебору ряда диаметров, для каждого из которых определяется зависимость потерь давления от расхода - расходная характеристика. Величина объемного расхода через ГПЧ бралась в интервале 10...1 м3/с (шаг 1 мэ/с), массовый расход воздуха для ПП - 1,85...1,25 кг/с (шаг 0,06 кг/с), для ПС - 20...1 кг/с (шаг 1 кг/с).

При расчете расходной характеристики ГПЧ использовалось уравнение Бернулли для квазистационарного потока реальной жид-

8

кости, уравнение неразрывности разветвленного потока, принцип наложения путевых и местных потерь, из которых учитывались: сопряжение колодцев-кингстонов (КК) с полом НР (4вх = 0,02...0,44), предохранительная решетка (£,Р=0,15б), приямок кингстона (йвых = 0,776...2,3058). Величина первого к-та местных потерь определялась соотношением радиуса округления сопряжения и стороны КК а, последний к-т определялся по соотношению расстояния нижней кромки КК от дна приямка Ь и стороны КК а: ¿¿ых = 0,б90б-с1.е(0,б545-Ь/а).

По итогам расчетов, при количестве КК N = 6, а = 0,45 м и Ь = 0,2...О,5 м расходная характеристика ГПЧ имеет вид: ЗДрг = АГС12, где Аг гпш = 595, Лг шах =• 13520.

Расчетные зависимости для определения расходных характеристик ПП и ПП составлялись на основе уравнения баланса энергии для изотермического движения потока газа.

Допущение об изотермическом движении воздуха вызвано сложностью учета теплообмена и работы трения, для ПС оправдано срав-

Т ТТТ. ТТЛ ТТС»^ 7ТТ ттттк I П01ПЮПС5ТТПМ ТГ«т> тоитжт» (ттг^ 1лТТо ^ <3 тт Тт" 11П »

Л £1 — Ц-ъ/ ЧУи^ШШШН 114^ ^уч.. ЛСЦЦЧ/'Н! ^^«»Ц'-г 11***4 ^^ * ЬИЛ^у 4 V.«. ШХ

реальной температуры воздуха с помощь» Лад - адиабатического КПД ЩН приводил, кроме того, к увеличению времени расчетов на ЭВМ. По указанным причинам температура воздуха принималась для ПС разной температуре в помещении (Т = 298 К), для ПП ввиду нестационарности процесса, объяснявшейся перерывами между пусками и малой длительностью работы, температура принималась по средней для интервала рабочих расходов - 343 К.

Уравнение для нахождения потерь давления для ПП и ПС в конечной форме, при условии Ма < 0,6 имеет вид:

2 -П 1 =п

2ЛР1 = ЕХх-ОиЛНЬСргю^/г) + Еьх(р1-щг/2),

3-1 1=1

где 1 - номер участка; Х^ - к-т гидравлического сопротивления трения; 1_х - длина участка, м; 01 - диаметр трубы, м; ам - скорость газового потока, м/с; - плотность газа, кг/м'^; с.1 - к-т местного сопротивления; п - кол-во участков, Маг - число Маха. Ма = «1/шзв = он/(к-ГМ'1)1/2, «1 = 45/тШ12.

Для ПС при ряде заданных величин расхода 6С начало расчетов тч'-.тг^нь от кромки выходного отверстия, для которого лавленир из-

С)

brgtho и равно атмосферному, в сторону НР. В расчет суммарных потерь включался скоростной напор потока на входе потока в ПС из НР. Далее на ЭВМ производилась обработка ряда значений ЕДр! для получения конечной аппроксимадионной зависимости ЕДрс = $(GC), которую затем для расчетов процесса сброса можно было трансформировать в обратную функцию вида Gc = f(APc)-

Для ПП значения Ейрп при каждом значении расхода Gn определялись при ряде заданных значений рцр, что позволяло затем получать уравнение £Дрп = Ирнр» Gn). фактически являвшееся уравнением 3-D (трехмерной) расходной поверхности.

Предварительный проектный расчет диаметров ПС И ПП производился по оценочным зависимостям.

Подстановка в эти уравнения комбинаций величин G, р и раз-кости рн - Рк, взятых при А = 0,02 и сумме L+L3kb = 20 м, позволила предварительно оценить диапазон возможного изменения диаметра ПП Dn в пределах 0,11 - 0,16 и.

Аналогичный прием для ПС дает диапазон возможного изменения диаметра Dc в пределах 0,23 - 0,29 м.

В четвертой главе производится анализ результатов исследования математической модели рабочего процесса ГТК и на этой основе определяются конструктивные параметры, обеспечивающие при наибольшей технологичности изготовления функционирование ГТК в рамках показателей, определенных техническим заданием на проект.

Основные параметры и зависимости, учитываемые в модели: Ннр. Нвв = Нвдпах, VBE; РКном 1 Gkhom* с!Бк/с]р; VEH» ПЕН", dHBE/di = ф dpr/dQr;

dpn/dGn; dpHp/dx; dmHp/di';

Ннр - высота HP; Нвв - высота ВБ (EH = const = Hrae здания); Нвптах ~ максимальная глубина водной преграды (5-5-7 м); Vbb - объем верхнего бассейна (160-200 м3); РКном - номинальное давление компрессора (0,18-0,8 МПа); Gkhom - номинальная массовая подача компрессора (0,4*2кг/с); dGn/dp - характеристика подачи компрессора;

Ю

Подъем

ЕОДЫ:

^ЕН " объем ЕН (63 м3); пет ~ количество ЕН; с)рг/йОг - расходная характеристика системы КК; брп/с10п - расходная характеристика Ш1; <3рнр/с1г - закон изменения давления в НР (вариант 1-1II); сЬнр/йт - закон изменения массы воздуха в НР (вариант IV). ННР, НББ» УВБ = + 2Ь> вм + 2Ь, НВБ); рКком. ЗКном. <ЗК = f2(pHp/pa);

*п

Н=5м

J

Н-Оь-

VEH = Дрг =

Гз(Пен) при ПК; f4(0r; а, N. h, HHP,

к, с,вх; Твод); Lni);

Н=1м г

! F Н=5м

Арп = f'5(Gn, php. R, Твоз; к, Dn; php = feCPflsafl, НвБтек» Veh) При:

I:- РДзад = РНРкон = РЁШНР + НВБ) = const; II: рд - (pg(HHp + НВБ) + (НвБтек-ЗвБ/Знр)); ill: рд = fe(Рдзад, Veh); IV: ШНР = Í7(Pflsaa, VEK);

Критерий: tn < Тп ДОп = 5 мин. Сброс воды:

ННР» НВБ, VBB. ГВДР;

Дрг = f4(0r; a, N, h, Ннр» аР> dP, к, сл; Твс.д); ¿Pe = fe(Sc; Php* R, Твоэ; к, Dc; 4ci. Lci).

dt.

dt.

Критерии: Тс ^ т^с доп - 40 с.

Математическая модель рабочего процесса ГТК, составленная ва основании частных подпрограмм, описывающих возможные источники сжатого воздуха (гл. 2), ГПЧ, ПП и ПС (гл. 3), позволяет проводить :

- обоснованный выбор вариантов системы воздухоподачи;

- оценку влияния различных конструктивных и эксплуатационных параметров элементов систем ГТК, а также возможных сочетаний этих параметров на характеристики проектируемого сооружения;

- оценку влияния динамических характеристик на режимы наг-ружения основных несущих металлоконструкций ГТК - пол и потолок НР и связи между ними;

- оценку влияния динамических характеристик на пропускную способность ГТК и вести анализ возможных путей ее увеличения;

- сравнительный анализ энергозатрат при различных вариантах

11

Ф

источников сжатого воздуха и методах его подачи;

- выработку на зтой основе решений о конструктивном исполнении элементов гидравлической части и пневмопроводов подачи и сброса сжатого воздуха.

В итоге расчетами подтверждена возможность применения в качестве окончательного варианта источника сжатого воздуха приводного центробежного нагнетателя Н-24 дизельного двигателя В-46, приняты окончательные варианты выполнения ГПЧ - системы параллельно работающих колодцев-кингстонов с сечением 0,45 х 0,45 м и N = 6 для среднего бассейна, N = 4 (2 + 2) для двух крайних, пневмопровода сброса воздуха из HP с диаметром Dc = 300 мм, пневмопровода подачи воздуха от ПЦН с диаметром Dn = 150 мм.

В пятой главе рассматриваются задачи, методика и результаты экспериментального исследования наиболее важных эксплуатационных характеристик ГТК - параметров подъема и сброса воды.

Эксперименты показали (см. рис.2), что расчеты основных параметров рабочего процесса динамической системы - гидротренажерного комплекса ОТИИ, выполненные в ходе проектирования этого сооружения на базе математической модели, дали принципиально верное заключение о возможности использования приводного центробежного нагнетателя дизельного двигателя (вместе с самим двигателем) в качестве источника воздухоснабжения. а)

НЗБ, м

НВБ, м

Рис.

100 200 Расчетные данные

300

и эксперимент

50 с )

для подъема (а) и сброса воды (б) в среднем ВБ ГТК: 1 - давление в НР (м вод. ст.), 2 - уровень воды в НР, 3 - полное давление за нагнетателем (м еод. ст.).

•12

ВУЙОДЫ

1. Аначиа опыта создания существующих ГТ и ГТК. их эксплуатации и перспектив развития позволил разработать компоновочную схему ГТК ОТШ, учитывающую все возможности реализации максимальной эффективности и безопасности учебного процесса, для чего в состав ГТК включен бассейн с реаяьной МГМ, а в качестве источника энергии для подъема воды в учебные бассейны проектируемого сооружения выбран сжатый воздух, что гарантировало аварийный сброс воды при любых сбоях или отказах как в основных системах проектируемого сооружения, так и в системах его управления.

2. Составлена математическая модель рабочего процесса динамической системы, состоящей из приводного двигателя, источника сжатого Еоздуха, пневмопроводов подачи и сброса воздуха и гидравлической проточной части, предназначенной для перемещения води между нижним резервуаром и верхними учебными бассейнами. Математическая модель, реализованная в виде программ расчета на ЗВМ с использованием системы символьной математики Ма№СА0, обеспечила проведение расчетов и последующий анализ динамики рабочего процесса ГТК для двух вариантов источников сжатого воздуха.

3. Применение поршневого компрессора 103ВП-20/8 могло обеспечить увеличение псопускной ^способности ГТК на 20-25% за счет сокращения продолжительности^-воды при значительном возрастании нагрузок на металлоконструкции нижнего резервуара (до 130 МН) и требовало сравнительно сложной и громоздкой пневматической системы.

4. Обоснована возможность использования приводного центробежного нагнетателя дизельного двигателя В-46, что упростило пневматическую систему, обеспечило энергонезависимость воздухо-подачи и всего сооружения в целсм, свело до минимума стоимость покупного оборудования и уменьшило габариты и металлоемкость за счет снижения максимальных нагрузок на металлоконструкции нижнего резервуара до 15 МН.

5. На базе разработанной математической модели просчитаны допустимые области характеристик систем, обеспечивающих устойчивую работу приводного центробежного нагнетателя дизельного дви-

гателя Б-46, гидравлической части и пневмопроводов сброса и подачи сжатого воздуха, а также определены основные параметры их элементов:

- размеры и количество колодцев-кингстонов для среднего и двух крайних учебных бассейнов;

- диаметры пневмопроводов подачи и сброса сжатого воздуха, длины их участков и сечения управляющих клапанов;

- рабочие давления, диаметры и ход штоков пневматических приводов управляющих клапанов.

б. Экспериментальные исследования динамики рабочего процесса ГТК ОТИИ и приемо-сдаточные испытания показали, что продолжительность рабочего процесса для сооружения в целом оказалась в рамках технического задания на проект.

Расхождение расчетных и экспериментальных величин оказалась в пределах 13-18X.

Это подтверждает принципиальную правильность расчетов, проведенных на базе математической модели.

Вместе с тем эксперименты показали, что после постройки сооружения осталась возможность усовершенствования систем ГТК, заключающаяся в снижении коэффициентов местных сопротивлений следующих элементов:

- верхнего к нижнего пояса кингстонов;.

- сопряжения выходного патрубка компрессора и входа пневмопровода подачи воздуха;

- сопряжений пневмопроводов подачи и сброса воздуха с потолком нижнего резервуара;

- выходного дефлектора пневмопровода сброса воздуха.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Михайлец С.Н. Некоторые аспекты легководолазной подготовки в ОВТИУ // Сборник научно-исследовательских работ общенаучных и общеинженерных кафедр. Вып.№ 7.-Омск: ОВТИУ, 1994.С.50-52.

2. Михайлец С.Н., Михайлец В.Б. Обеспечение безопасности и соблюдение санитарно-гигиенических требований при проведении занятий с личным составом в гидротренажерных комплексах //Сборник

14

научно-исследовательских работ общенаучных кафедр. Вынусь; № 9. -Омск: ОВТИУ, 1996. С.24-27.

3. Михайлец С.Н. Исследование рабочего процесса легкоЕодо-лазного комплекса // Отчет о НИР (Заключит.) Шифр „Октябрьск-44" -Омск: ОВТИУ, 1996. С.7-20.

4. Михайлец С.Н. Спесивцев H.H. Анализ условий в боевом отделении танка при его затоплении экипажем // Сборник НИР общенаучных кафедр. Выпуск 10. -Омск: ОВТИУ, 1997. С.11-16.

5. Михайлец С.Н., Михайлец В.Б. Некоторые особенности подбора и обучения операторов подводных машин // Материалы международной конференции по экологии: Тез. докл. -Омск: ОмГПУ, 1997. С.113-114.

6: Михайлец С.Н. Безопасность жизнедеятельности при проведении учебных занятий в гидротренажерных комплексах // Материалы межрегиональной научно-практической конференции: Тез.докл. -Омск: ОмГУ, 1997. С.91.

7. Михайлец С.Н., Иванов В.И. Аварийная ситуация и стресс у экипажа боевых машин // Материалы конференции „Человек и стресс в условиях мегаполиса": Тез. докл. -Омск: ОмГПУ, 1998. С.30-31.

8. Михайлец С.Н. Аварийный выход экипажа из машины // Динамика нарастания давления в боевом отделении при затоплении танка: Отчет по ВНР. Шифр „УДАР-44" (Заключительный) -Омск: ОВТИУ,

1998. С.7-17,31-39.

9. Михайлец С.Н. Контроль стрессового состояния обучаемых при отработке действий в аварийных ситуациях// Учебно-методический сборник. Вып.№ 15. -Омск: ОВТИУ, 1999. С.34-36.

10. Михайлец С.Н. Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности обучаемых в гидротренажерных комплексах // Межрегиональная научно-практ. конф. „Природа и природопользование на рубеже XXI века" -Омск: Агенство "Курьер", 1999. С.225-228.

11. Михайлец С.Н. Динамика рабочих процессов гидротренажер-пого комплекса ОТИИ //Динамика систем, механизмов и машин: Материалы III Междунар. науч.-техн. конф.: Тез. докл. -Омск: ОмГТУ,

1999. С.111-112.

12. Михайлец С.Н. Совершенствование гидротренажерного комплекса ОТИИ // Естественные науки в военном деле: Материалы науч-ио-практической конференции: Тез.докл.-Омск: ОТИИ, 1999.С.57-58.

15

Введение

Глава 1. Анализ существующих гидротренажерных комплексов и обоснование конструкции проектируемого сооружения.

1.1. Особенности применения оборудования для подводного вождения танков

1.2. Подготовка экипажей к Еождению танков по глубоким бродам и под водой

1.3. Существующие конструктивные схемы гидротренажеров ."

1.4. Требования к проектируемому сооружению .2S

1.5. Конструктивная схема гидротренажерного комплекса

1.6. Задачи, решаемые в диссертации

Глава 2. Анализ возможных вариантов источников сжатого воздуха для гидротренажерного комплекса

2.1. Основные параметры источника сжатого воздуха

2.2. Выбор типа компрессора

2.3. Воздухоснабжение компрессором объемного типа

2.4. Воздухоснабжение центробежным нагнетателем

Выводы.

Глава 3. Разработка гидравлической проточной части и пневмопроводов гидротренажерного комплекса

3.1. Гидравлическая проточная часть

3.2. Расчетная схема колодцев-кингстонов я"!

3.3. Пневмопроводы подачи и сброса воздуха

Выводы.

Глава 4. Математическое моделирование рабочего процесса гидротренажерного комплекса

4.1. Массив начальных данных для расчета гидротренажерного комплекса как сложной динамической системы

4.2. Определение на модели оптимальных параметров для элементов гидротренажерного комплекса

Выводы.

Глава 5. Экспериментальное исследование рабочего процесса гидротренэкерного комплекса

5.1. Задачи экспериментов

5.2. Методы измерений, регистрация опытных данных и их обработка

5.3. Итоги экспериментов

Успех при решении Сухопутными войсками поставленных перед ними задач в различных видах боевых действий зачастую связан с преодолением водных преград (ВП), 'как естественного, так и искусственного характера - рек, озер, каналов, водохранилищ.

Танковые подразделения и части могут преодолевать ВП с помощью паромов, по мостам и по дну - по броду и под водой. Подводное вождение танков (ПВТ) повышает темпы проведения боевых операций, снимая зависимость танковых подразделений от возможностей инженерных войск, кроме того, такой вид преодоления водной преграды имеет сравнительно низкую уязвимость техники от огневого воздействия противника.

Профессиональное обучение экипажей подводною/ вождению танков считается одной из наиболее сложных задач подготовки и проведения занятий по вождению машин С26].

Известно, что одним из наиболее эффективных методов формирования и развития знания и профессиональных навыков, необходимых человеку-оператору для управления динамическими объектами в реальны;-: условиях деятельности, являются учебно-тренировочные средства (УТО), снижающие затраты моторесурса и горючего, способствующие сохранению дорогостоящей боевой техники и обеспечивающие полную безопасность обучения действиям в критических и аварийных ситуациях.

Тренажеры для подготовки экипажей к подводному вождению танков, так называемые гидротренажеры (ГТ) занимают особое место е системе учебно-тренировочныхсредств, так как они, во-первых, являются единственно возможными техническими средствами как по экономическим соображениям, так и по соблюдению требований безопасности при подготовке личного состава к действиям в аварийных ситуациях; во-вторых, процесс подготовки танковых экипажей к подводному вождению танков сравнительно сложнее и опаснее относительно других видов учебных занятий, требуя при этом гораздо больших материальных, финансовых и трудовых ресурсов; в-третьих, ■эти тренажеры и методики их применения в учебном процессе в значительно меньшей степени описаны в литературе по сравнению с другими УТС; и в-четвертых, такие тренажеры не выпускаются серийно промышленностью, а изготовляются в войсках хозяйственным способом, и при их проектировании и постройке каждый раз приходится решать свои, порой весьма специфические проблемы С32].

Необходимо отметить, что в армиях ведущих западных стран также уделяется большое внимание разработке и внедрению в учебный процесс подготовки экипажей к подводному вождению танков специальных учебно-тренировочных средств, которые являются уникальными, но и в то же время серийно разработанными и сооруженными конструкциями [19].

Известные в настоящее время конструкции гидротренажеров используют зачастую совершенно разные принципы действия, а также методы обеспечения безопасности обучаемых, имеют значительные габаритные показатели, сложные или энергоемкие системы перемещения воды как в учебных целях, так и для ликвидации возможных нештатных аварийных ситуаций (АС).

Объект исследования - гидротренажерный комплекс, представляющий собой сложную динамическую систему4, состоящую из нижнего резервуара (HP) и трех верхних учебных бассейнов, связанных с ним гидравлической частью - кингстонами, обеспечивающими перемещение воды в верхние бассейны при подаче в нижний-резервуар сжатого воздуха от компрессора с приводным двигателем, а также оброс воды-в нижний резервуар самотеком при выпуске воздуха в атмосферу.

Предмет исследования - динамика рабочего процесса гидротренажерного комплекса, состоящая из этапов подъема и сброса воды.

Цель работы - разработка рационального варианта источника сжатого воздуха, конструктивная проработка гидравлической части, пневмопроводов подачи и сброса сжатого воздуха, системы управления рабочим процессом и ее основных элементов.

Актуальность данной диссертационной работы заключается в том, что в ней произведен сравнительный анализ возможностей существующих аналогичных сооружений и требований к ним с точки зрения максимальной эффективности учебного процесса и на этой основе дана проработка наиболее рациональной схемы гидротренажерного комплекса (ГТК) для обучения курсантов ВВУЗов и л/с ТВ, включающего в себя учебный бассейн с реальной боевой машиной -танком Т-80.

В первой главе работы проводится анализ существующих гидротренажеров и их характеристик, методов обеспечения безопасности обучаемых, определяются возможности для улучшения уже достигнутых показателей применительно для разрабатываемого гидротренажерного комплекса, описывается его конструктивная схема на основе использования энергии сжатого воздуха для перемещения воды е учебные отсеки, что позволяет обеспечить энергонезависимый сброс воды из них при возникновении аварийных ситуаций и определяется перечень проблем, решение которых обеспечит реализацию наиболее оптимального конструктивного варианта.

Во второй -тлаве дается сравнительный анализ основных вариантов системы воздухоснабжения - поршневой компрессор (ПК) или приводной центробежный нагнетатель. (ПЦН) дизельного двигателя, выводятся уравнения для моделей характеристик поршневого компрессора и приводного-центробежного нагревателя.

В третьей главе приведены методы расчета вспомогательных систем, влияющих на динамику рабочих процессов - сопротивлений гидравлической части, состоящей из параллельно работающих колодцев-кингстонов, а также пневмопроводов для подачи и сброса воздуха, и на этой основе представлена общяя аналитическая база для математического моделирования обоих вариантов системы воздухоснабжения .

В четвертой главе производится анализ результатов исследования математической модели и на этой основе определяются основные конструктивные' параметры, обеспечивающие при наибольшей технологичности изготовления функционирование гидротренажерного комплекса в рамках показателей, определенных техническим заданием на проект.

В пятой главе рассматриваются результаты экспериментального исследования наиболее важных эксплуатационных характеристик гидротренажерного комплекса

- параметров процессов подъема и сброса воды, а также параметров процесса затопления гидротренажероЕ водой.

Научная новизна работы заключается в том, что разработаны основы построения математической модели рабочего процесса ГТК, в частности:

- составлена математическая модель расходной характеристики гидравлической проточной части и предложен алгоритм для расчета возможных вариантов этой характеристики, учитывающий проектные потребности и реальные возможности изготовителя;

- на основе модели изотермического движения газового потока предложены алгоритмы для расчета возможных вариантов расходных характеристик пневмопровода подачи и пневмопровода сброса, учитывающие проектные потребности и возможности изготовителя;

- на основе разработанных алгоритмов исследована связь динамики процессов подъема и сброса воды с характером переходных рабочих режимов возможных источников сжатого воздуха и нагрузками на металлоконструкции HP, определяющая пропускную способность ГТК в целом и безопасность учебного процесса в частности, а также общую металлоемкость HP.

Практическая ценность работы заключается в том, что итоги ее были использованы при выработке рекомендаций по определению основных конструктивных параметров и разработке конкретных технических решений для гидравлической части, пневмопроводов подачи и сброса воздуха, системы управления и в конечном итоге обеспечили выполнение требований технического задания на- проектирование и сооружение гидротренажерного комплекса ОТИИ, таким образом, разработана методика, позволяющая вести расчет типоеого ряда аналогичных сооружений применительно к различным задачам учебного процесса в зависимости от потребностей изготовителя и возможностей производства. .

Диссертационная работа является составной частью исследований, проводимых в Омском танковом инженерном институте и направленных на повышение эффективности и безопасности использования учебно-тренировочных средств при профессиональной подготовке обучаемых к подводному вождению танков.

Содержание работы изложено в 12 печатных работах, в том числе: 6 тезисов докладов, 4 статьи, 2 отчета по научно-исследователь ским работам.

Основные положения и результаты работы докладывались на Международной конференции по экологии (Омск, 1997 г.), на 3-й Международной научно-технической конференции „Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 1999 г.), научно-практических конференциях межрегионального уровня, конференциях и семинарах в ОмГТУ и ОТШ.

Выводы

Математическая модель рабочего процесса, гидротренажерного комплекса, составленная на основании частных подпрограмм, описывающих возможные источники сжатого воздуха (см. главу 2), гидравлическую часть - систему параллельно работающих кингстонов и пневмопровода подачи и сброса сжатого воздуха (см. главу 3), позволила провести обоснованное решение комплекса проектных задач, связанных с динамикой рабочего процесса сложной гидропневмомеханической системы - гкдротрекажерного комплекса.

1. Определено влияние различных конструктивных и эксплуатационных параметров элементов систем ГТК, а также возможных сочетаний этих параметров на динамические характеристики проектируемого сооружения.

2. Оценено влияние динамических характеристик на нагрузку основных несущих элементов ГТК - пол и потолок HP и связи между ними.

3. Оценено влияние динамических характеристик на пропускную способность ГТК и проведено рассмотрение путей ее увеличения.

4. Проведен сравнительный анализ энергетических показателей при различных вариантах источников сжатого воздуха и методах его подачи.

5. Проведен сравнительный анализ возможных вариантов системы воздухоподачи.

6. Подтверждена расчетами возможность применения в качестве окончательного варианта источника сжаЧгого воздуха приводного центробежного нагнетателя Н-24 дизельного двигателя В-46.

7. Подтверждены расчетами и приняты окончательные варианты выполнения:

- гидравлической проточной части - системы параллельно работающих колодцев-кингстонов с сечением 0,45 х 0,45 м при их количестве N = 5 для среднего бассейна, N = 4 (2+2) для двух крайних;,

- пневмопровода сброса воздуха из нижнего резервуара в атмосферу с внутренним диаметром Dc = 300 мм;

- пневмопровода подачи воздуха от нагнетателя Н-24 в нижний резервуар с внутренним диаметром Dn - 150 мм. -1 -1 о

Глава 5. Экспериментальное исследование рабочего процесса гидротренажерного комплекса

5.1. Задачи экспериментов Приемо-сдаточные испытания, проведенные после окончания строительно-монтажных работ, показали, что требуемые по проекту время подъема и время сброса воды выдерживаются (копии программы испытаний и акта об их проведении - см. прил. 12), но определенный интерес представлял поиск наибольших сопротивлений в гидравлической части и пневмопроводах ГТК.

Эксперименты, проводившиеся после монтажа всех основных систем, должны были уточнить динамику рабочего процесса ГТК, ее соответствие техническому заданию на проект, а также выявить отклонения расчетных и действительных характеристик элементов ГТК, что позволило бы наметить мероприятия по снижению этих наибольших сопротивлений [120].

Снижение этих сопротивлений в принципе могло дать следующие положительные эффекты:

-уменьшение времени подъема воды; -уменьшение времени сброса воды;

-снижение расхода топлива на проведение одного рабочего цикла, и, как следствие, снижение расхода топлива на проведение всей легководолазной подготовки. Первые два фактора прямым образом влияют на пропускную способность ГТК, кроме того, второй фактор ведет к повышению безопасности учебного процесса [23].

Итак, е качестве задач экспериментов ["1241 было необходимо получить опытные, данные, позволяющие судить о потерях давления в пневмопроводах и кингстонах при подъеме и сбросе еоды, раосчитать по этим данным соответствующие коэффициенты сопротивлений и ватем определить участки, в наибольшей мере влияющие на расходные характеристики, чтобы наметить мероприятия конструктивного характера по совершенствованию элементов кингстонов и пневмопро-зодиз•

5.2. Методы измерений, регистрация опытных данных и их обработка

Для регистрации были выбраны следующие параметры:

- уровень воды в верхнем среднем бассейне Hbetsk (см. рис

4.1);

- давление воздуха в нижнем резервуаре рнр (статическое);

- давление воздуха на выходе из компрессора (полный напор).

Наиболее просто решалась проблема измерения расхода воды через кингстоны. Объем поступающей в учебные бассейны воды, учитывая их форму, можно с большой степенью точности считать пропорциональным изменению ее уровня. Это замечание наиболее соответствует истине при изменении уровня в этих бассейнах от 0 до 0,4 м, затем от 2,2 до 5 м, т.к. внутреннее оборудование учебных бассейнов - трехлючные макеты боевых отделений и реальный объект располагаются на отметках от 0,4 до 2,2 м. Площади бассейнов известны (см. табл. 2.1), в качестве базы для экспериментов был избран средний бассейн, на стенке которого изнутри была нанесена разметка уровней от 0 до 5 м с шагом 0,05 м, и при экспериментах с помощью секундомера регистрировалось время достижения уровнем еоды соответствующих отметок как при ее подъеме, так и при сбросе .

Измерение избыточного давления Еоздуха в HP, а.также полного нэлора в начале пневмопровода подачи производилось с помощью датчиков тензометрического типа С1Е63, представлявших собой металлические корпуса цилиндрической Форш (D = 75 мм, Н = 90 мм) на один из терцев которых наклеивались стандартные проволочные тензорезиоторы типа ПКП-10-200 с сопротивлением R = 200 0м при базе измерения L = 10 мм С122], вторые торцы были снабжены штуцерами для подключения к соединительным трубкам. Аналогичные тензорезиоторы температурной компенсации наклеивались на корпуса с боковой стороны.

Сигналы от тензодатчикоЕ поступали на входные колодки универсальной тензометрической установки УТС 1-ВТ-12, ее питание производилось от штатного стабилизированного блока. [1213.

Усиленные тензометрической установкой сигналы поступали на шлейфовый светолучевой осциллограф Н041У42 (123). Ввиду большой длительности регистрируемых процессов (до 4 -5 минут) была выбрана минимально возможная скорость протяжки фотобумаги - 2,5 мм/с, а в комплект'аппаратуры пришлось включить внешний задатчик импульсов отметки времени (с сигналами через 10 с).

Перед каждым циклом испытаний проводилась тарировочная запись путем подачи на датчики избыточного давления, контролируемого жидкостным дифманометром (см. рис. 5.1). Это давление воздушным насосом поднималось по ступеням - через 1 м вод. ст. с записью этих ступеней на осциллограмму в виде короткой, на несколько секунд, протяжки фотобумаги, что обеспечивало впоследствии качественную дешифровку. В течение дня в протоколе регистрировались также атмосферное давление и температура в помещении.

Итоги измерений для каждого рабочего цикла после проявки фотобумаги, ее расшифровки и обработки [1253 сводились на одну

Lj iTMOC

7 I \ r\ у i

§ 1

Д- j 1 к точке замера 4 г Ч ill P к тензостанции Рис. 5.1. Схема тарировочного устройства

1 - насос; 2 - кран; 3 - дифманометр; 4 - разъем; 5 - тензодатчик обшую диаграмму, представленную на рис. 5.2. Линия 1 наносилась на диаграмму по протоколу отметок уровней, линии 2 и 3 снимались с соответствующей осциллограммы (давления абсолютные: показания с осциллограммы плюс давление барометрическое).

Изменение уровня Нвб пересчитыватось в величину расхода ео~ ДЫ QK:

Ох = ctV/dx = dHBB-FBB/dx, или, переходя к конечным приращениям

QK = AV./At - АНВБ-РББ/А-С, (5.1) принимая величину АНвб достаточно малой, равной шагу разметки на стенке БЕ - 0,05 м.

Расход воды при известной суммарной площади КК LFk пересчи-тывался в скорость воды в КК: vK = Qk/LFk- (5.2)

Далее, исходя из соотношения: нве - (-ннр))/нвб = 6.2/5 = 1.24 (5.3) определялась величина гидростатического давления перепада уроЕней воды в BE и HP:

Рпвр = Р£-1.24-Нвб. (5.4)

Разность давления воздуха рнр и гидростатического давления перепада уровней ВБ и HP давала величину гидравлических потерь давления в кингстона:-::

Рг = рн? " Рпэр = vk2/2-(1 + вд-р/2- (5.5)

Изменение уровня Нвб можно также, задаваясь ориентировочной температурой воздуха в HP - Тн?, пересчитывать по уравнению состояния газа в величину приращения массы Еоздуха Дтнр:

Дтнр = Php-AHbb*Fbe/(R-Thp)• (5.5)

Суммирование Дтнр дает значение величины массы воздуха гпнр, а частное от деления приращения массы воздуха на временной интервал этого приращения Дт дает величину массовой подачи воздуха компрессором:

G = Дтнр/Д-С. (5.7)

Задаваясь диаметром пневмопропровода Dn и температурой еоз-духа в пневмопроводе Тп = 343 К (см. прим. к (3.'24) и прил. 8), определялась скорость воздуха в начале пневмопропровода подачи: vHa4 = 46-R-Tn/(PK4t-Dn2). (5.8) Пренебрегая изменением температуры воздуха в ходе его перемещения по пневмопроводу ввиду небольшой его длины, аналогично находилась скорость воздуха в конце пневмопропровода подачи-. vKOH = 4G-R-THp/(PK-rt-Dn2). (5.9)

Разность полного давления рк и статического давления рнр дает потери давления б пневмопроводе подачи рП} включающие в себя скоростное давление потока воздуха на выходе из пневмопровода, 'которое е конечном итоге преобразуется в тепловую энергию: рк ~ рнр = рг. (5.10) а) сброс воды:

НвБ, м

Л

1\\ Ч ч ч jifci

Рнр» кПа

160

150

140

130

120

ПО

100

О 10 уровень воды в бассейне: • ■ ■ давление в нижнем резервуаре: —

20 30 40 расчет на модели; расчет на модели;

50 60 т, с — эксперимент; ----эксперимент. б) подъем воды:

HbBi м

5 4 3 2 1 0

1 1

1 Ч

4*» 4*» ' < г*

Г * : У 7 7>* ■

J * / ✓ f т .

4*» А 0 «

0

Г»

Рнр, кПа

170

160 150 140 130 120 110 100

0 20 40 60 80 100 120 140 180 200 220 240 260 280 300 320 340 t, с уровень воды в бассейне: .расчет на модели; полное давление нагнетателя: -----расчет на модели; эксперимент; эксперимент.

Рис. 5.2. Экспериментальные данные и итоги расчетов динамики сброса и подъема воды рабочего процесса гидротренажерного комплекса (средний учебный бассейн): Dc= 0,3 м, а = 0,45 м, N = 6; Dn= 0,15 м.

- us

5.3. Р1тоги экспериментов

Обработка экспериментальных данных показала, что расчеты основных параметров рабочего процесса сложной динамической системы - гидротренажерного .комплекса ОТШ, выполненные в ходе проектирования этого сооружения на базе математической модели, дали принципиально верное заключение о возможности использования приводного центробежного нагнетателя танкового дизельного двигателя (вместе с самим двигателем) в качестве источника воздухоснабже-ния.

Ввиду малого избыточного давления (по сравнению с поршневыми компрессорами) нагрузки на металлоконструкции нижнего резервуара были сведены до минимума, что значительно снизило металлоемкость сооружения и повысило надежность его эксплуатации [127],

Продолжительность рабочего процесса для сооружения в целом оказалась в рамках технического задания на проект.

Вместе с тем эксперименты показали, что стремление к технологичности изготовления элементов гидравлической части и пневмопроводов привели к тому, что после постройки сооружения осталась возможность технического усовершенствования вспомогательных систем, заключающаяся в снижении коэффициентов местных сопротивлений [120]:

- верхнего пояса кингстоное (округление сопряжения потолока нижнего резервуара и стенок кингстонов);

- нижнего пояса кингстонов (установка трубчатых обтекателей полукруглого или круглого сечения);"

- сопряжения выхода компрессора и входа пневмопровода подачи воздуха (устранение двойного поворота на 90°);,

- сопряжения выхода пневмопровода подачи и потолка нижнего резервуара (установка плавкого диффузора);

- аналогичного сопряжения входа пневмопровода сброса и потолка. нижнего резервуара;

- выходного дефлектора этого же пневмопровода (установка откидывающейся под действием потока, воздуха заслонки и отказ от аэродинамически несовершенного колпака).

Принятие решения о совершенствовании- конструктивных элементов возможно после проведения уточненных расчетов, требующих дополнительной проверки в модельных экспериментах [102].

Необходимо отметить-, что предлагаемое уменьшение коэффициентов местных сопротивлений [120] не требует значительного изменения существующих конструкций и может выполняться поэтапно.

Заключение

1. Анализ отечественного и зарубежного опыта создания ГТ и ГТК, их эксплуатации, тенденций и перспектив развития позволил разработать для ОТИИ конструктивную схему ГТК, учитывающую все возможности реализации максимальной эффективности и безопасности учебного процесса, для чего в состав ГТК 'включен учебный бассейн с реальным объектом - танком Т-80.

2. В качестве источника энергии для подъема воды в учебные бассейны проектируемого сооружения выбран сжатый воздух, что гарантировало аварийный сброс воды при любых сбоях или отказах как в основных системах проектируемого сооружения, так и в системах его управления.

3. Подготовлена аналитическая база и разработана математическая модель рабочего процесса сложной динамической системы, состоящей из приводного двигателя, источника сжатого воздуха, пневмопроводов подачи и сброса воздуха, гидравлической части (параллельно работающих кингстонов) при перемещении воды из нижнего резервуара в верхние учебные бассейны, а также при ее сбросе назад.

4. На основе анализа технического задания на проект сооружения, итогов расчетов динамики рабочего процесса для двух вариантов источников сжатого воздуха в данной диссертационной работе обоснована возможность использования приводного центробежного нагнетателя дизельного двигателя В1-84.

Отказ от применения поршневого компрессора значительно сократил размеры помещения воздухоподачи, позволил отказаться от емкости-накопителя и-сложной системы управления, обеспечил энергонезависимость воздухоподачи, значительно сократил металлоемкость всего сооружения и свел до минимума стоимость покупного оборудования, хотя применение поршневого компрессора могло увеличить пропускную способность гидротренажерного комплекса на 20-25% за счет сокращения продолжительности подъема воды при значительном возрастании максимальных нагрузок на металлоконструкции нижнего резервуара - до 130,3 МЫ.

5. На базе разработанной математической модели просчитаны допустимые области характеристик систем, обеспечивающих устойчивую работу приводного центробежного нагнетателя дизельного двигателя в-46 - гидравлической проточной части и пневмопроводов подачи и сброса сжатого воздуха, а также определены основные параметры их главных элементов:

- размеры и количество колодцев-кингстонов для среднего и двух крайних учебных бассейнов;

- диаметры пневмопроводов и их управляющих клапанов;

- рабочие давления, диаметр и ход пневматических приводов управляющих клапанов.

6. Приемо-сдаточные испытания и экспериментальные исследования динамики рабочего процесса ГТК ОТИИ показали, что продолжительность рабочего процесса для сооружения в целом оказалась в рамках технического задания на проект. Это подтверждает правильность расчетов, проведенных на базе математической модели.

Вместе с тем эксперименты показали, что после постройки сооружения осталась возможность технического усовершенствования вспомогательных систем, заключающаяся в снижении коэффициентов местных сопротивлений следующих элементов [120]:

- верхнего и нижнего пояса кингстонов;

1S3

- сопряжения выходного патрубка компрессора и входа пнэвмо провода подачи воздуха;

- сопряжения выхода пневмопровода подачи и потолка нижнего резервуара;

- аналогичного сопряжения входа пневмопровода сброса и потолка нижнего резервуара;

- выходного дефлектора этого же пневмопровода.

7. Разработана и экспериментально подтверждена методика, позволяющая вести расчет типового ряда аналогичных сооружений применительно к различным задачам учебного процесса в зависимости от потребностей изготовителя и возможностей производства.

1. Карпенко П.И., Лындин B.C. Танки под водой. -М.: Воениз-дат, 1971. -135с.

2. Конструктор боевых машин. Под ред. Попова Н.С. -Л.: Ле-низдат, 1988. -382с.

3. Радзиевский А.И. Танковый удар.-М." :Воениздат, 1978.-154с.

4. Драгунский Д.А. Годы в броне. Изд. 3-е, дополн. -М.: Во-ениздат, 1975. -382с.

5. Забаранкин В.Н., Калинин А.С. Оборудование для преодоления водных преград танков "Леопард-1" и "Леопард-2" //Информационный бюллетень по материалам зарубежной печати./ Б.ч. 55054, инв. Ш 3755, 1988. -N? 2. С. 19-24.

6. Забаранкин В.Н., Калинин А.С. Оборудование для подводного вождения основных танков Франции //Информационный бюллетень по материалам зарубежной печати /Б.ч. 68054, инв.№ 3910, -1988. № 2 -С.24-28.

7. Забаранкин В.Н., Калинин А.С. Оборудование для преодоления водных преград английских танков "Чифтен МК.5" и "Челленд-жер" //Информационный бюллетень по материалам зарубежной печати/ В.ч. 68054, инв. № 4031, -1989. 1. С.35-40.

8. Забаранкин В.Н., Калинин А.С. Состав оборудования для преодоления водных преград по дну основных танков (США //Информационный бюллетень по материалам зарубежной печати /В.ч. 58054, инв. № 4133, -1989. № 2. С.42-47.

9. Игольников М.Б., Калинин А.С., Степанов Н.Ф. Специальное оборудование для преодоления водных преград по дну танков М-1А1 //Информационный бюллетень по материалам зарубежкой печати /В.ч.68054, инв. Ш 4269, -1990. -Ni 2. -С. 3-7.

10. Тактик»-технические характеристики зарубежных основных танков на период до 2005г. /Б.ч. 54726; инв.№4336. -М., 1990. -179с.

11. Справочник по оружию и военной технике сухопутных войск капиталистических государств /Б.ч. 54726; инв. № 7884.-М., 1991. -284с.

12. Танк-72А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга Еторая (часть вторая). -М. :Воениздат, 1986. -368с.

13. Объект 219Р. Техническое описание и инструкция по эксплуатации М.: Воениэдат, 1986. -840с.

14. Техническое описание танка Т-64. -М. -.Воениэдат, 1969. -624с.

15. Танк Т-64А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга первая (дополнение). -М.:Воениэдат, 1976.-40с.

16. Курс вождения боевых машин Сухопутных войск (КВБМ СВ-86). -М. :Воениэдат, 1987. -256с.

17. Вождение боевых машин. -М.:Воениэдат, "1989. -271с. 18. Система и методика подготовки по вождению. -М.:Изд.ВА БТВ,1975. -183с.

18. Забаранкин В.Н., Калинин А.С. Подготовка экипажей для подводного вождения танков в странах НАТО //Информационный бюллетень по материалам зарубежной печати /Б.ч. 68054, инв. № 3755, 1988. 2. С.24-32.

19. Исследование оптимального варианта учебного комплекса по преодолению водных преград; Отчет о НИР/-М.:ВА БТВ; Отв.ис-по'лн. Черненко В.А. -инв. №11876, 1975. -76с.

20. Михайлец В.Б., Михайлец С.Н., Спесивцев Н.Н. Анализ услсвий в боевом отделении та.нка при его гатоплении экипажем. //Сборник НИР общенаучных кафедр/ -Омск: ОВТЙУ, 1997. -Вып.10. С.11-16.

21. Динамика нарастания давления в боевом отделении при гатоплении танка; Отчет о ВНР / Научн. рук-ль Костин К.П., отв.ис-полн. Михайлец С.Н. -Омск: ОВТЙУ; -инв. № 43740, 1998. -39с.

22. ИЕанов В.И.,Михайлец С.Н. Аварийная ситуация-и стресс у экипажа боевых машин.//Человек и стресс в условиях мегаполиса (тезисы докладов)/-Омск: изд^во ОмГУ, 1998. С.30-31.

23. Методические положения по оценке психофизиологических качеств членов экипажа для обучения подводному вождению танков /В.ч.68054; Исполн. Калинин А.С. -инв.№ 4121, 1989. -38с.

24. Методика обучения вождению боевых машин. -М.:Воениздат, 1977, -255с.

25. Руководство по преодолению водных преград танками, ЕМП и БТР (РПВП-84). -М.:Воениздат, 1984. -155с.

26. Обучение вождению боевых машин на учебно-тренировочных средствах.-М.-.Воениздат, 1992. -127с.

27. Методика обучения вождению боевых машин мотострелковых и танковых подразделений на учебно-тренировочных средствах.•V-М.:ГУ ЕП СВ, 1978. -89с.

28. Вождение боевых машин (учебно-методическое пособие для преподавателей высших общевойсковых и танковых командных учи

29. ЛЩ). -М. : АУ ВУЗов CP, 1988. -156с.

30. Разработка, механизмов и дистанционного управления камеры затопления: Отчет по НИР / ЕА БТВ; отв. испслн. Соломенко И.И. 1961. -35с.

31. А.о. 319991, 1987 г. Гидротренажер с трехлючными затопляемыми макетами танка.

32. Михайлец С.Н. Контроль стрессового состояния обучаемых при отработке действий в аварийных ситуациях.//Учебно-методический сборник / Омск: ОВТИУ, Изд.ha 113, Выпуск 15, 1999.- С.34-36.

33. Термодинамические основы теории тепловых машин. Под ред. Ляхова М.И.-М.:ВА БТВ,1973.-230с.

34. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов.-2-е изд., пе-рераб. идоп.-М.: Энергоатомиздат,1984.-416с.

35. Сухомлинов P.M. Трохоидные роторные компрессоры.-Харьков: Издательство Харьковского государственного университета, 1975.-152с.

36. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -288с'.V

37. Нащокин В.В. Техническая термодинамика. Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1969.-560с. ;:' •■

38. Судовое вспомогательное энергетическое оборудование:

39. Учебник / Р.С.Андрющенко, В.Д.Шилов, Б.Г.Дементьев и др. Л.: Судостроение ,1991.-392с.

40. Долин П.А. Справочник по технике безопасности.-5-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат,19S2.-800с.

41. Сапов И.А.,Солодков А.С.,Назаркин В.Я.,Разводовокий

42. B.C. Физиология и патология подводных погружений и меры безопасности на воде.-М.: ДОСААФ,1985.-256с.

43. Бунятян А.А., Рябов Г.А., Маневич А.З. Анестезиология и реаниматология.-М.: Медицина,1975.-429с.

44. Агаджанян И.Д. Елфимов-.И. Функции организма в условиях гипоксии и гиперкапнии.-М.: Медицина,1986.-272с.

45. Зальцман Г. Л., КучукГ.А., Гургенидзе А. Г. Основы гипербарической физиологии. -Л.: Медицина, "1979. -320с.

46. Словарь-справочник по физиологии и патофизиологии дыхания. Н.А.Агаджанян, М.М.БагироЕ, В.А.Березовский и др.-Киев: На-укова думка,1984.-256с.

47. Методика изучения физических и физиологических основ и особенностей работы в аварийно-спасательных средствах танкистов и оказание медицинской помощи /В.ч.68054: Исполнители: Дорогин

48. C.В. , Калинин А.С.-инв.№2607,1989.-23с.

49. Методические положения по оценке психофизиологических качеств членоЕ экипажа для обучения подводному вождению танков /В.ч.68054; Исполнители: Дорогин С.В., Калинин А.С.-инв.№4129, 1989.-38с.

50. Манушин Э.А., Михальцев В.Е., Чер-нобровкин А.П. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок.-М.: "Машиностроение",1977.-447с.

51. Михайлец С.Н. Некоторые аспекты методики легководолазной подготовки в ОВТИУ // Сборник НИР общенаучных кафедр /-Омск: изд-во ОВТИУ,1994. -Вып.7.050-52.

52. Михайлец Б.Б., Михайлец О.Н. Обеспечение безопасности и соблюдение санитарно-гигиенических требований при проведении занятий с личным составом в гидротренажерных комплексах // Сборник НИР общенаучных кафедр /-Омск: изд-во ОВТИУ,1995. -Вып.9.024-27.

53. Компрессор 103ЕП-20/8У4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.-Краснодар: Краснодарский компрессорный завод, 1930.-12с.

54. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.-М.: Металлургия, 1975.-104с.

55. Сосуды и трубопроводы высокого давления: Справочник / Е.Р. Хисматулин, Е.М. Королев, В.И. Лившиц и др.-М.: Машиностроение, 1990.-334с.

56. Поршневые компрессоры. Б.С. Фотин и др.-Л.: Машиностроение, 1987.-372с.

57. Левин В.И. Профессии сжатого воздуха и вакуума.-М.: Машиностроение , 1989.-256с.

58. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкция и основы проектирования. 3-е изд., перераб. и допол.-Л.: Машиностроение , 1969.-744с.

59. Цистерны. (Устройство, эксплуатация, ремонт): Справочкое пособие/В.К. Губенко, А.П. Никодимое, Г.К. Жилкн и др.-М.: Транспорт, 1990.-151с.

60. Гидравлика и аэродинамика: Учеб. для вузов / А,Д. Аль-тшуль, Л.С. Животовский, Л.П. Иванов.-М.: Стройиздат, 1987.-414с.

61. Прокопенко Н.И. Физико-технические основы создания и применения тепловых машин. Ч.III. Основные газовые законы. Уравнения состояния идеального и реального газа.-Омск. Изд-во ОВТИУ, 1996.-144с.

62. Рыжов Б.М. Авиационные поршневые компрессоры. -М.:Оборони из, 1963.-331с.

63. Уайлд Д. Оптимальное проектирование.-М.:Мир,1981.1. CL I .

64. Галеркин Б.Г. Тонкие упругие плиты. -М.:Госстройиздат,1933.

65. Гершгорин С.А. Бесконечная пластинка на опорах, расположенных в прямоугольном порядке. Сборник по теории сооружений. -М.: Кубуч,1933.

66. Вайнберг Д.В., Вайнберг Е.Д. Расчет пластин. Изд. 2-е, перераб. и доп. -Киев: Будивельник-; 1970.-436с.

67. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник/Под ред.В.А.Григорьева и В.М. Зорина.-М.:Энергоиз-дат,1982.-512с.

68. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. 2-е изд. -М.: Недра,1982.-233с.

69. Соломахова Т.О., Чебышева К.5. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики. : Справочник. -М. .-Машиностроение , '1980. '176с.

70. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е изд., перераб. и доп. -М.:Машиностроение,1992.-671с.

71. Миркин А.З., Усиньш В.В. Трубопроводные системы: Справочник. -М.:Химия,1991.-256с.

72. Судовое вспомогательное энергетическое оборудование: Учебник / Р.С. Андрющенко, В.Д. Шилое, Б.Г. Дементьев и др. -JI.: Судостроение, 1991.-392с.

73. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие.-М.:Энергоатомиздат, 1990.-367с.

74. Гидравлика, гидромашины и гидропривод: Учебник для машиностроительных вузов/Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. -2-е изд., перераб.-М.:Машиностроение,1982.-423с.

75. Шашин В.М. Гидромеханика: Учебник для техн. вузов. -М. .Высшая школа,1990.-384с.

76. Огрызков Е.П., Огрызков В.Е. Основы научных исследований с обработкой результатов на ЭВМ: Учебное пособие. -Омск: Ом-ГАУ, 1996.-124с.

77. Система учебно-тренировочных средств к БТТ: Отчет по

78. НИР №27907/-0мск: ОВТИУ; Научн. рук-ль Шмугленко, отв. исполн. Шкультецкий. -Инв.№19~л, 1979.-28с.

79. Задачник для судостроителей. С.С.Золотев и др. -Л.: Судостроение 5 1984,-232с.

80. Заявка на изобретение (СССР). Оборудование для подводного вождения танка Т-72 /Б.ч.68054; Авт. изобрет. Н.И. Иванов,

81. A.С. Калинин. В.А. Соколов.-Заявл. 27.11.92, исх. №0691.

82. Заявка на изобретение (СССР). Труба-лаз для аварийного покидания танка из подводного положения / Б.ч.68054; Ает. изобрет. Н.И. Иванов, А.С. Калинин, В.П. Соловьев.-Заявл. 4.04.91, №4540862/23(03115). Полож. реш. Р -2386 от 26.11.91. МКИ F 41 Н7/02

83. Иванов 0. Разработка основных боевых танков четвертого поколения за рубежом// Зарубежное военное обозрение. -1998. №12. -С.17-23.

84. Иванов 0. Израильский основной боевой танк "Меркава" и его модификации // Зарубежное военное обозрение. -1999. №6. -С.21-26.

85. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника: Учеб.- пособие. -М.: Высшая школа, 1980.-552с.- 87. ДИЗЕЛИ. Справочник. Изд. 3-е, перераб/ и-доп. Под ред.

86. B. А. Ваншейндта. Н.Н. Иванченко, Л. К. Коллерова. -Л. -.Машиностроение, 1977.-480с.

87. Основы теории и конструкции двигателей внутреннего сгорания. Под ред. В.А. Мангушева.-М.:Воениздат, 1973.-422с.

88. Стефановский П.М. Триста неизвестных. Изд. 2-е, дополн. -№.:Воекиздат, 1973.-320с.

89. Танковые дизели. Под ред. И.Я. Трашутина.-М.:Воениздат, -336с.

90. Степанов Г.Ю. Основы теории лопаточных машин. -М.:Издание ВА БТВ, 1954.-305с.

91. Симеон А.Э., Хомич А.З., Куриц А.А. и др. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки) . Учебник. -М.: Транспорт, 1980.-384с.

92. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А.С. Изд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Машиностроение , 1969.-384с.

93. Шанцев П.И. Математические методы исследования двигателей внутреннего сгорания. -М.: Изд. ВА БТВ, 1994.-82с.

94. Основы формирования параметрических типоразмерных рядов турбопоршневых двигателей для силовых установок бронетанкового вооружения и техники: Отчет о НИР ВА БТВ. -М.,1996.

95. Исследование крутильных колебаний двигателя на подвеске при отключении цилиндров: Отчет о НИР ВА ЕТВТ. -М.,1998.