Методика проектирования несущего комплекса транспортного средства на воздушной подушке с регулируемой гидрообъемной трансмиссией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Нгуен Ван Хоа

• Нгуен Ван Хоа
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Ван Хоа

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАПЛАНИРОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Типы трансмиссий транспортного средства

1.2 Выбор прототипа транспортного средства

1.3 Выбор вентиляторов несущего комплекса транспортного средства

1.3.1 Выбор вентилятора несущего комплекса транспортного средства

1.3.2 Построение характеристик выбранного вентилятора

1.4 Выбор гидроаппаратов гидрообъемной трансмиссии транспортного средства

1.4.1 Выбор гидромотора гидрообъемной трансмиссии

1.4.2 Выбор насоса гидрообъемной трансмиссии

1.5 Выбор двигателя несущего комплекса транспортного средства

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ

2.1 Математическая модель вентилятора

2.2 Математическая модель гидрообъемной трансмиссии

2.2.1 Общие принципы работы гидрообъемной трансмиссии

2.2.2 Математическое моделирование гидрообъемной трансмиссии

2.2.3 КПД гидромашин и структурная схема гидрообъемной трансмиссии

2.3 Математическая модель ДВС

2.3.1 Моделирование характеристик двигателя ЗМЗ-51432.10 в программе ДИЗЕЛЬ-РК

2.3.2 Математическая идентификация двигателя ЗМЗ-51432

ГЛАВА 3. РАСЧЁТЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ 71 3.1 Моделирование проточной части несущего комплекса

3.1.1. Геометрия проточной части несущего комплекса

3.1.2. Выбор сетки моделей проточной части несущего комплекса

3.1.3. Физическая модель проточной части несущего комплекса

3.1.4. Расчеты модели проточной части несущего комплекса

3.2 Оптимизация проточной части несущего комплекса

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ

4.1 Система управления для транспортного средства на воздушной подушке с раздельными подъемной и тяговой системами

4.1.1 Структура и алгоритмы управления несущим комплексом транспортного средства на воздушной подушке

4.1.2 Расчет переходных процессов несущего комплекса при движении транспортного средства на воздушной подушке на различных режимах

4.1.3 Влияние изменения массы транспортного средства на воздушной подушке на характеристики несущего комплекса

4.1.4 Несущий комплекс транспортного средства на воздушной подушке с обратными связями по высоте подъема транспортного средства и моменту на валу двигателя

4.2 Система управления для транспортного средства на воздушной подушке с объединенной подъемной и тяговой системами (транспортное средство на

воздушной подушке с одним ДВС)

ГЛАВА 5. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ С

РЕГУЛИРУЕМОЙ ГИДРООБЪЕМНОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ТСВП - транспортное средство на воздушной подушке

ВП - воздушная подушка

ДВС - двигатель внутреннего сгорания

ОВ - осевой вентилятор

ГО - гибкое ограждение

ОП - опорная поверхность

ОС - обратная связь

САУ - система автоматического управления

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика проектирования несущего комплекса транспортного средства на воздушной подушке с регулируемой гидрообъемной трансмиссией»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время транспортные средства на воздушной подушке (ТСВП) широко применяются во всем мире из-за способности амфибийности и проходимости на водных и элементарно подготовленных площадках с низкой несущей способностью. ТСВП могут эксплуатироваться в самых разных погодных и природных условиях, в том числе и на комплексных трассах, состоящих из различных участков водной поверхности, болотистой местности, песчаной суши и т.п. ТСВП имеют высокие маневренные характеристики и могут эксплуатироваться как летом, так и зимой [1]. При этом ТСВП способны значительно увеличивать скорость при движении по относительно плоской опорной поверхности (ОП). Недостатком ТСВП является относительно большой расход топлива, связанный с необходимостью применения мощных двигателей для нагнетания воздушной подушки (ВП).

ТСВП широко используются в качестве специализированного транспорта для оказания помощи при стихийных бедствиях, геодезических изысканиях, а также для спортивных и пассажирских услуг. Кроме способности амфибийности на различных опорных поверхностях, ТСВП способны успешно справляться с достаточно сложными препятствиями благодаря высокой мощности силовых установок. ТСВП имеет большой запас хода и позволяют преодолевать значительные расстояния. Современные ТСВП имеют незначительную массу за счет использования современных конструкционных материалов, что существенно облегчает вес всего транспортного средства, и это положительно сказывается на его ходовых характеристиках.

Около одной трети всей мощности энергетической установки ТСВП затрачивается на создание воздушной подушки для подъема основного корпуса транспортного средства. При заданных массе и скорости ТСВП требуется мощность в 3-4 раза больше, чем автомобилю. Однако для движения ТСВП требуется в 2-4 раза меньшая мощность, чем для полета самолетов или

вертолетов. В отличие от обычных плавсредств ТСВП могут не останавливаться около берега, а пройти дальше и даже преодолеть 5% -й подъем или препятствие высотой до трети высоты юбки (гибкого ограждения) [2-7].

Несущий комплекс ТСВП состоит из воздушной подушки, гибкого ограждения воздушной подушки, воздуховодов для подачи воздуха в подушку, вентиляторов, обеспечивающих нагнетание воздуха в несущий комплекс ТСВП, двигателя и трансмиссии, соединяющей двигатель с вентиляторами [8]. Несущий комплекс во многих источниках также называют подъемной системой.

Воздушная подушка - это слой сжатого воздуха под корпусом ТСВП, приподнимающий его над ОП. Отсутствие трения о поверхность позволяет снизить сопротивление движению. От высоты подъёма зависит способность такого транспортного средства форсировать различные препятствия на суше или волны на воде, проходя над ними [9].

В транспортном средстве воздушная подушка поддерживается за счет постоянной подачи воздуха вентиляторами. Воздух выходит в окружающую ТСВП атмосферу через зазор между ОП и гибким ограждением ВП, расположенным по периметру корпуса транспортного средства (утечка воздуха). Конструкторы используют различные методы, чтобы расход утечки был бы как можно меньше, и для поддержания подачи воздуха требовалась минимальная мощность. Практически все ТСВП позволяют находиться на воде с заглушенным двигателем и имеют хороший запас плавучести.

Перспективы развития ТСВП на воздушной подушке связаны с энергосбережением, совершенствованием системы управления и балансировки транспортных средств. Как показывают экономические исследования, проведенные в России и за рубежом, ТСВП пока уступают водоизмещающим судам и судам на подводных крыльях при эксплуатации в одинаковых условиях и на тех же линиях. В основном это объясняется необходимостью ТСВП иметь более высокую энерговооруженность.

На практике современные ТСВП имеют две главные системы, обеспечивающие движение: подъемную и тяговую, которые могут быть как

объединенными (работающие от одного источника механической энергии), так и раздельными. Тяговая система используется для создания потока воздуха за кормой, когда воздух истекает сзади, он создает движущую силу, заставляющую ТСВП двигаться вперед. Подъемная система используется для обеспечения и поддержания потока воздуха под корпусом ТСВП, позволяя ему парить над опорной поверхностью. Тяговая система ТСВП имеет дело в основном с динамическим воздушным давлением, в то время как подъемная система ориентирована более на давление статическое, величина которого зависит от конструкции несущего комплекса, ее размеров и метода управления [10].

Главными факторами при проектировании тяговых систем являются расход воздуха и уменьшение потерь. На практике это отражается в большой площади тяговых механизмов (вентиляторов и кожухов), хорошей обтекаемости кожухов, опор и других препятствий. Сам вентилятор обычно имеет от двух до пяти лопастей, малый диаметр ступицы и профиль без изгиба. В случае вентилятора в кольце, угол установки лопасти зачастую делают очень большим, чтобы минимизировать скорости на конце лопастей и уменьшить эксплуатационный шум. Вентилятор имеет дело с потоком воздуха, и возрастание статического давления не имеет большого значения. В ТСВП воздушные винты, воздушные винты в насадке, воздушно-реактивные турбовентиляторы, газотурбинные реактивные двигатели часто используются для создания потока воздуха, который действует как движитель ТСВП.

При наличии на транспортном средстве двух двигателей (раздельный вариант) подъемная система имеет следующие преимущества: простота проектирования, легкость управления (в том числе и балансировки ТСВП), легкость обслуживания и ремонта системы. Недостатком при этом является то, что требуются два независимых источника механической энергии, как для подъемной, так и для тяговой системы.

Идея создания воздушной подушки для подъема корпуса ТСВП над поверхностью воды возникла много десятилетий тому назад.

В начале своей истории ТСВП создавалось для военной морской техники. В эпоху глобализации, ТСВП также используются в качестве общественного транспорта, в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве, в спортивных мероприятиях, для отдыха и путешествий.

Первые в мире опытные катера на воздушной подушке скегового типа были построены в 1934-1939 годах советским конструктором Владимиром Левковым в СССР. Одним из первых экспериментальных образцов скоростных пассажирских судов на воздушной подушке был речной теплоход «Нева», построенный в 1962 году на экспериментальном заводе в Ленинграде по проекту ЦТКБ, под руководством главного конструктора В. Липинского. С 60-х годов XX века ТСВП начали широко применяться в разных странах.

В некоторых литературных источниках указывается на плавную маневренность и лучшую устойчивость крупногабаритных транспортных средств. Таким образом, более известны ТСВП для коммерческих и военных целей, а разработки для гражданских целей отстают. Однако исследования и опыт эксплуатации показывают, что маневренность и устойчивость ТСВП оставляют желать лучшего.

Ведущая роль в развитии ТСВП в России принадлежит таким организациям как ОАО ЦМКБ «АЛМАЗ», ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, ЦКБ им. Р.Е. Алексеева, ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ЗАО «ЦКБ Нептун» и ряду других организаций.

В настоящее время за рубежом ТСВП получают достаточно широкое распространение в качестве транспортных пассажирских судов для обслуживания коротких морских линий с большим стабильным потоком пассажиров. Амфибийные качества позволяют ТСВП успешно конкурировать с наземным транспортом за счет сокращения протяженности маршрута, а также с воздушным транспортом за счет более низких эксплуатационных расходов. ТСВП изучаются во многих странах мира с протяженными береговыми линиями, крупными заболоченными речными системами и другими слабонесущими средами, таких как страны Европы, Юго-Восточной Азии, США, Канады, Индии, Китая, Японии.

Для вращения винтового движителя и вентиляторов несущего комплекса ТСВП используются трансмиссионные системы. В зависимости от габаритов, рабочей зоны и условий изготовления ТСВП могут использоваться механические, гидравлические и другие трансмиссионные системы.

Для ТСВП средних и больших размеров используется трансмиссии с варьируемым передаточным числом. Применение объемного гидропривода в качестве трансмиссии между двигателем и вентиляторами обеспечивает наилучшие характеристики передачи мощности, компоновочные решения и простоту управления. Гидрообъемная трансмиссия обладает рядом существенных преимуществ перед механической трансмиссией с карданными валами и ременными передачами, широко применяемой в настоящее время.

Гидрообъемная трансмиссия обладает всеми достоинствами гидравлического привода: высокой передаваемой мощностью, возможностью реализации больших передаточных чисел, осуществления бесступенчатого регулирования, возможностью передачи мощности на подвижные, перемещающиеся элементы машины, возможность легкой автоматизации управления, простота выполнения монтажа и демонтажа. При использовании гидростатических приводов расположение вентилятора может быть просчитано, исходя из лучших показателей подъемной силы и весового баланса. При этом отпадает необходимость в ограждении или специальном доступе для обслуживания подъемной системы. Гидрообъемная трансмиссия устроена достаточно просто и очень надежна [10].

Для движения транспортных средств с полным отрывом от опорной поверхности, ТСВП оборудованы гибким ограждением (ГО) воздушной подушки по всему ее периметру, прикрепленным к нижней части жесткого корпуса и обеспечивающим судну проходимость, амфибийность и остойчивость, минимизирующим затраты энергии на поддержание ВП [8]. ГО приобретает нужную форму только в надутом состоянии ВП. Элементы ГО делают из прорезиненных синтетических материалов, поскольку они контактирует с ОП. При движении ТСВП на волнении съемные элементы ГО увеличенной высоты

смогут пропускать более высокие волны, а повышенная устойчивость формы элемента обеспечит быстрое ее восстановление после контакта с волнами, тем самым улучшая мореходные качества ТСВП. Корпуса современных ТСВП создают в основном из композитных материалов, что упрощает ремонт и позволяет проводить его сотрудникам с меньшей квалификацией. У алюминиевых корпусов ТСВП при высоких нагрузках возможны структурные разрушения, которые могут потребовать дорогостоящего ремонта

высококвалифицированными сварщиками [11-13].

Работы, посвященные определению и расчету основных характеристик ТСВП, всесторонне представлены в технической литературе. Можно отметить работы таких учёных и инженеров, как Бенуа Ю.Ю., Озимов Л.В., Пашин В.М., Колызаев Б.А., Литвиненко В.А., Шляхтенко А.В., Коронатов Г.Д, Мохов Ю.М., Дьяченко В.К., Демешко Г.Ф., Кудрявцев А.С., Рубинов А.В., Кличко В.В. и многих других. Исследованиям конструкции ГО воздушной подушки, остойчивости, сопротивления движению ТСВП и другим вопросам проектирования ТСВП посвящены докторские диссертации Демешко Г.Ф. и Кличко В.В. [8, 17, 18].

В данной работе проектируемая подъёмная система ТСВП реализуется с помощью гидравлической трансмиссии, которая представляет собой объемный гидропривод, обеспечивающий снижение динамических нагрузок и энергопотребления. В связи с этим важной задачей является снижение энергопотребления объемного гидропривода различными методами регулирования, плавного управления высотой подъема ТСВП и обеспечение его устойчивости.

При передвижении по различным типам опорных поверхностей возникает вопрос об энергоэффективности ТСВП, зависящей от работы системы управления трансмиссией и двигателем при изменяющихся рабочих параметрах ТСВП, таких как высота над ОП, давление вентилятора, расход воздуха и т.д. Критерием энергоэффективности в конечном итоге является расход топлива двигателя. Данная работа посвящена повышению энергоэффективности несущего комплекса

ТСВП при его движении по различным типам опорных поверхностей за счет системы автоматического управления работы двигателя и гидравлической трансмиссии. В связи с чем, тема диссертационной работы представляется актуальной.

Целью работы является создание методики проектирования несущего комплекса ТСВП с регулируемой гидрообъемной трансмиссией, которая обеспечивает повышение энергоэффективности транспортного средства.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработка математической модели несущего комплекса ТСВП, в отличие от существующих, содержащая отдельные модели входящих в комплекс устройств и физические взаимосвязи между ними.

2. Выработка рекомендаций, повышающих энергоэффективность несущего комплекса при движении ТСВП на различных режимах на основе анализа результатов математического моделирования.

3. Определение законов регулирования несущего комплекса ТСВП.

4. Определение оптимальных конструктивных решений проточной части несущего комплекса с целью уменьшения потерь напора воздуха, нагнетаемого в ВП вентиляторами и уменьшения подводимой к ним мощности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработана математическая модель несущего комплекса ТСВП, в отличие от существующих, состоящая из отдельных моделей двигателя, гидрообъемной трансмиссии, вентиляторов; содержащая физические взаимосвязи между ними и обладающая принципом модульности.

С целью увеличения энергоэффективности несущего комплекса и проходимости ТСВП при различных режимах движения разработаны алгоритмы управления гидрообъемной трансмиссией и двигателя.

Разработана методика проектирования энергоэффективного несущего комплекса ТСВП, отличающаяся от существующих методик комплексным подходом к оценке энергоэффективности.

Достоверность и обоснованность научного содержания и полученных результатов обеспечиваются использованием современных численных методов математического моделирования и оптимизации, теории управления, моделей с использованием известных экспериментальных данных, в том числе ТСВП, применением обоснованных допущений, принятых при математическом моделировании.

Практическая значимость результатов исследования

1. Разработана методика проектирования энергоэффективного несущего комплекса ТСВП, определяющая его комплектующие (двигатель, насос, гидромоторы, вентиляторы), компоновку и систему регулирования комплекса.

2. Разработанные принципы построения математических моделей и анализ результатов моделирования могут быть рекомендованы при создании новых перспективных ТСВП.

3. Полученные результаты численного моделирования предложенного комплекса подтвердили возможность уменьшения потребления топлива двигателем при движении на различных режимах.

4. Предложенный подход даёт возможность определения оптимальных частот вращения вентиляторов, обеспечивающих функционирование несущего комплекса для различных условий движения с оценкой его работоспособности и эффективности.

5. Получены рекомендации по предлагаемым конструктивным решениям проточной части несущего комплекса.

Методы исследования. В процессе выполнения диссертационноой работы использовались методы теории математического моделирования, теории автоматического управления, основные положения гидродинамики. При проведении численного моделирования применялись пакет моделирования

динамических систем МАТЬАВ^тиНпк, программы ДИЗЕЛЬ-РК, программа численного гидродинамического моделирования, программа анализа данных и оптимизации Pseven.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту

1. Метод выбора и обоснования расчетных схем для выполнения вычислительного эксперимента, ориентированного на проектирование несущего комплекса ТСВП.

2. Выбор конструктивных параметров проточной части несущего комплекса, позволяющий повысить энергоэффективность ТСВП.

3. Анализ результатов моделирования переходных процессов несущего комплекса при изменениях условий движения ТСВП.

4. Рекомендации по формированию системы управления несущего комплекса ТСВП.

5. Разработана методика проектирования энергоэффективного несущего комплекса ТСВП.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на конференциях, семинарах в том числе:

- научных семинарах кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- VII международной научной конференции «ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ МЕХАНИКИ» ^АРМ-2021) МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- Международной научно-технической конференции "Пром-Инжиниринг" (1С1Е-2022), г. Сочи;

- Ежегодной научно-технической конференции «Гидравлика-2022» на кафедре Э10, МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- Конференции «Гидравлика-2023» МГТУ имени Н.Э. Баумана.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 научных работ, в том числе 6 научных статей, 4 из которых опубликованы в журналах ВАК РФ и 1 - в издании, индексируемом в Scopus, общим объем 3,76 п.л./1,65 п.л.

Личный вклад соискателя. Все исследования, изложенные в диссертационной работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности.

ГЛАВА 1. ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАПЛАНИРОВАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Несущий комплекс ТСВП или как его также называют подъемная система используется для обеспечения и поддержания потока воздуха под корпусом ТСВП, позволяя транспортному средству парить над ОП. Давление поддержания в пространстве между корпусом ТСВП и ОП (вода, земля) создается вентилятором. Для этого используется часть общей мощности энергетической установки ТСВП (около 30%) независимо от скорости его движения. Давление, создаваемое вентилятором, должно превышать давление в ВП на величину потерь давления в проточной части несущего комплекса (потери на выходе вентилятора при расширении потока воздуха в диффузоре и в камере ВП) [2].

В подъемных системах ТСВП обычно большая часть динамического давления движущегося потока воздуха теряется на поворотах и препятствиях воздуховода. Количество теряемого динамического давления может быть минимизировано путем внедрения низкоскоростной подъемной системы. Таким образом, одной из главных задач является обеспечение необходимого статического давления в ВП, в сочетании с достаточной подачей воздуха для компенсации его утечек через зазор между гибким ограждением ТСВП и ОП.

При проектирование несущего комплекса ТСВП необходимо учитывать полное давление в вентиляторе, его расход воздуха и давление в ВП. Вентилятор несущего комплекса имеет существенно увеличенный прогиб профиля лопастей, большее количество лопастей и больший диаметр ступицы. Также можно заметить, что лопасти установлены под более острым углом, и что скорость на концах лопастей должна быть достаточно высока для того, чтобы достичь требуемого давления. Дополнительным важным фактором при проектирования подъемной системы, является определенная гибкость в эксплуатации вентилятора: на рабочих режимах характеристика давление-расход должна быть

плавно падающей кривой, лишенной провалов и опасных точек, чреватых потерей давления, а шум при работе вентилятора должен быть мал, насколько это возможно. При этом подъемная система должна быть легка в управлении: достаточно увеличить поток воздуха, чтобы преодолеть пересеченную местность или компенсировать утраченные части юбки (гибкое ограждение), а в том случае, когда ТСВП эксплуатируется на воде, и состояние юбки хорошее, можно уменьшить поток воздуха в целях экономии мощности (уменьшения расхода топлива и шума) [10].

Для плавающего транспортного средства сопротивление воды является основным препятствием разгона. Средняя скорость в зависимости от типа транспортного средства составляет 40-56 км/час. Уменьшение сопротивления воды за счет парения над поверхностью позволяет ТСВП увеличить скорость и снижает количество энергии, необходимой для работы двигателя ТСВП. Воздушная подушка - решение этой проблемы. Благодаря потоку сжатого воздуха, ТСВП поднимется над водной поверхностью и уже сможет двигаться с большей скоростью (Рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема образования ВП

Воздушная подушка - это одно из главных составляющих амфибийных ТСВП. Именно благодаря ей ТСВП приобретают все те положительные качества и характеристики, которые делают их востребованными и популярными.

По схеме образования различают следующие виды ВП [14]:

1) аппараты камерной схемы, которые, в свою очередь, подразделяются на аппараты обычной камерной схемы, камерной схемы с протокой; аппараты с гибким ограждением и аппараты с жесткими боковыми стенками - скегами;

2) аппараты сопловой схемы с воздушной или водяной завесой: с простым одноконтурным соплом; с двухконтурным или многощелевым соплом; с кольцевым или ленточным вентилятором в сопле; с частичной или полной рециркуляцией; с боковыми стенками-скегами в сочетании с сопловым контуром воздушной или водяной завесы;

3) аппараты лабиринтной схемы, простой или модифицированной, с частичной или полной рециркуляцией;

4) аппараты на воздушной смазке с плоскими или профилированными опорными устройствами;

5) аппараты, с профилированным корпусом или несущими поверхностями, создающими подъемную силу.

Кроме того ТСВП различают по некоторым признакам.

• По виду воздушной подушки:

1) аппараты со статическим поддержанием (создаваемую вентилятором);

2) аппараты с динамическим поддержанием (создаваемую за счёт повышения давления при движении аппарата вблизи опорной поверхности).

• По устройству движителей:

1) С раздельным подъемно- движительным комплексом и двумя воздушными винтами;

2) С раздельным подъемно- движительным комплексом и с одним воздушным винтом;

3) С объединенным подъемно-движительным комплексом.

• По количеству двигателей:

1) С несколькими двигателями;

2) С одним двигателем.

• По устройству подъемно-нагнетательного комплекса:

1) Центробежные нагнетатели;

2) Осевые нагнетатели;

3) Без нагнетателей.

Далее в работе рассматривается модель несущего комплекса ТСВП, использующая камерную схему воздушной подушки. Такая схема наиболее распространена, в том числе, из-за простоты конструкции. Она имеет свои достоинства и недостатки, к которым можно отнести большие, по сравнению с сопловой схемой ВП, коэффициент потерь воздуха и расход воздуха. Это приводит к увеличению требуемой мощности несущего комплекса ТСВП [2, 21].

1.1 Типы трансмиссий транспортного средства

Трансмиссия ТСВП - это совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к валу вентилятора, а также регулировки величины тяги по мере изменения условий движения.

Ниже приведены различные типы трансмиссий [10].

Механическая независимая трансмиссия

Самая простая трансмиссия для проектирования, имеющая хорошие эксплуатационные характеристики. Благодаря прямому сцеплению механическая независимая трансмиссия используется в простых трансмиссионных системах, используемых в небольших аппаратах.

В ТСВП используются механические трансмиссии, для которых требуются два независимых источника мощности. Подъемная и тяговая система могут быть размещены отдельно, что положительно сказывается на планировке, балансировке ТСВП и простоте управления. Механическая независимая трансмиссия имеет стоимость обслуживания ниже средней. К недостаткам механической трансмиссии можно отнести неудобство смены режима работы, большую

сложность управления ТСВП для новичков, большие затраты на техническое обслуживание.

Трансмиссия с варьируемым передаточным числом

При применении трансмиссии с варьируемым передаточным числом подъемная и тяговая системы могут быть объединенными. Однако такая трансмиссия сложнее и дороже по стоимости, чем механическая независимая трансмиссия.

В последнее время в подъемной системе ТСВП применяют гидравлические устройства, а в тяговой - механические; однако опыт эксплуатации показывает, что регулируемые механические системы с коробкой передач или с муфтой сцепления, имеющие различные передаточные числа, довольно сложны и не настолько надежны как гидравлические системы. Такая трансмиссия обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, но ее стоимость для малых ТСВП достаточно велика, а для ТСВП средних размеров - приемлема.

Трансмиссия с фиксированной пропорцией

Такие трансмиссионные системы обычно механические, имеют не сложную конструкцию и фактически дублируют друг друга для подъема и тяги в ТСВП. При применении трансмиссии с фиксированной пропорцией подъемная и тяговая системы могут быть как объединенными, так и раздельными. В раздельным варианте необходимо построить более сложную механическую трансмиссию.

Трансмиссия удобна в управлении, проста в обслуживании, недорогая, обладает низкой стоимостью эксплуатации и эффективно используется в маломощных устройствах и машинах.

Подъемная и тяговая система могут быть размещены отдельно, что положительно сказывается при общей планировке ТСВП. Однако, возникает необходимость более тщательно подбирать трансмиссию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Ван Хоа, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Судно на воздушной подушке с гусеничным движителем. Патент на полезную модель RU 125946 U1 / Овчинников В. В., Якутов А. В. заявл. № 2012142957/11 от 09.10.2012; опубл. 20.03.2013.

2. Конструкции быстроходных судов / Качанов И.В., Ледян Ю.П., Щербакова М.К. // Минск: БНТУ. 2015. 106 с.

3. Брусов В.А., Мерзликин Ю.Ю., Меньшиков А.С. Разработка системы управления параметрами гидравлической системы транспортного средства с комбинированным шасси на воздушной подушке // Труды НАМИ. 2021. № 1. С. 35-46.

4. Hovercraft Technology, Economics and Applications / Amyot, J.R. // Elsevier: Amsterdam. The Netherlands. 2013. Volume 11. 787 p.

5. Сосновский Н.Г., Брусов В.А., Нгуен В.Х. Моделирование гидропривода с объемным регулированием амфибийного транспортного средства // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2021. №11(119). С.1-13.

6. Amphibious hovercraft course control based on adaptive multiple model approach / Wang C. [et al.] // 2010 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Xi'an. China. 2010. P. 601-604.

7. Hein S.M., Liaw H.C. Design and development of a compact hovercraft vehicle // 2013 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, Wollongong, NSW. Australia. 2013. P. 1516-1521.

8. Кличко, В. В. Гидроаэродинамика несущего комплекса амфибийных судов на воздушной подушке и создание методов достижения заданных характеристик поддержания, остойчивости, ходкости и мореходности этих судов: дис. ... д.т.н. 05.08.01. Санкт-Петербург. 2010. 306 с.

9. Сосновский Н.Г., Хоа Н.В. Регулирование частоты вращения вентилятора гидроприводом c объемным регулированием в судне на воздушной подушке // Russian Internet Journal of Industrial Engineering. 2023. №. 1. С. 42-46.

10. Производство амфибийных катеров на воздушной подушке. URL: https://christyhovercraft.ru (дата обращения: 05.05.2021).

11. Федотов Д.Г. Методика проектирования гибкого ограждения амфибийных судов на воздушной подушке: дис. ... к.т.н. 05.08.03. Санкт-Петербург. 2007. 199 с.

12. Математическое моделирование эффективных и экологичных амфибийных судов на воздушной подушке для Арктики и Дальнего Востока / С. Н. Чувашев [и др.]// Альтернативная энергетика и экология. 2015. №. 13-14. С. 117-138.

13. Hossain A., Rahman A., Mohiuddin A. Cushion pressure control system for an intelligent air-cushion trackvehicle // Journal of mechanical science and technology. 2011. 25(4). P. 1035 -1041.

14. Брусов В.А. Разработка оптимальной структуры привода для системы управления продольными колебаниями транспортного средства на воздушной подушке: дис. ... к.т.н. 05.04.13. Москва. 2010. 260 с.

15. Центральное конструкторское бюро «Нептун». URL: https://neptun-ckb.ru (дата обращения: 05.05.2021).

16. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов, ЦАГИ / Брусиловский И.В. // М.: Недра. 1978. 195с.

17. Проектирование судов. Амфибийные СВП: учебник в 2-х кн. Книга 1 / Демешко. Г.Ф. // СПб.: Судостроение. 1992. 329 с

18. Проектирование судов. Амфибийные суда на воздушной подушке: учебник в 2-х кн. Книга 2 / Демешко Г.Ф. // СПб.: Судостроение. 1992. 329 с

19. Проектирование скоростных судов / Ваганов А. М. // Л.: Судостроение. 1978. 279 с.

20. Гибкое ограждение нового типа амфибийного судна на воздушной подушке / В.В. Кличко [и др. ] // Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. №. 1. С. 87-96.

21. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания / Колызаев Б.А., Косоруков А.И., Литвиненко В.А. // Л.: Судостроение. 1980. 472 с.

22. Суда на воздушной подушке/ Злобин Г. П., Симонов Ю. А. // Судостроение. 1971. 212 с.

23. Суда на воздушной подушке / Бенуа Ю.Ю., Корсаков В.М. // Л: Судпромгиз 1962. 121с.

24. Вопросы проектирования малых судов на воздушной подушке. URL: https://www.barque.ru/shipbuilding/1965/design_considerations_small_hovercra t (дата обращения: 02.02.2021).

25. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ / Брусиловский И.В. // М.: Недра. 1978. 198 с.

26. Аэродинамика осевых вентиляторов / Брусиловский И.В. // М.: Машиностроение. 1984. С. 240.

27. Сычугов Н. П. Быстроходность и габаритность при расчете и выборе диаметральных вентиляторов // Тракторы и сельхозмашины. 2016. №. 5. С. 27-33.

28. Technical Information MP1 Axial Piston Motors. Size 20/24 Danfoss -Engineering. URL: https://danfoss.com (дата обращения: 02.02.2022).

29. Service Manual. H1 - 045/053/060/068. Closed Circuit Axial Piston Pumps Danfoss - Engineering. URL: https://danfoss.com (дата обращения: 02.02.2022).

30. Князев С.И., Ломовских А.Е., Гулиев Э.Р. Разработка стенда для исследования влияния коэффициента воздуха на энергетические и экономические показатели двигателей внутреннего сгорания // Наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. 2019. С. 84-87.

31. Теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания : методическое пособие / Кухаренок Г. М. // Минск: Белорусский национальный технический университет. 2011. 61 с.

32. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания / Колызаев Б. А. // Рипол Классик. 1980. 472 c.

33. Дизельный двигатель модели ЗМЗ-51432 crs для автомобилей УАЗ экологического класса 4. Устройство, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт. URL: https://uazprofi.ru (дата обращения: 02.02.2022).

34. Озерский А.И., Бабенков Ю.И., Шошиашвили М.Э. Перспективные направления развития силового гидравлического привода // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2011. № 4. С. 55-61.

35. A hybrid hydrostatic transmission and human-safe haptic telepresence robot / Whitney J.P. [et al.] // 2016 IEEE international conference on robotics and automation (ICRA). 2016. P. 690-695.

36. Мерзликин Ю.Ю. Определение гидродинамических характеристик радиоуправляемой модели самолета с шасси на воздушной подушке. // Научный вестник МГТУ ГА. 2016. Т. 19. №. 6. С. 147-155.

37. Брусов В.А., Мерзликин Ю.Ю., Меньшиков А.С. Разработка системы управления параметрами гидравлической системы транспортного средства с комбинированным шасси на воздушной подушке // Труды НАМИ. 2020. №. 1. C. 35-46.

38. Simulation Research on Cutterhead Hydraulic Drive System of Shield Machine / Wang C. [et al.] // In Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1748. No. 5. P. 052025. P.10.

39. Condition monitoring of hydraulic transmission system with variable displacement axial piston pump and fixed displacement motor / Kumar N. [et al.] // Materials Today: Proceedings. 2021. Т. 46. P. 9758-9765.

40. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем / Попов Д.Н. // 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Машиностроение. 1987. 464 c.

41. Нестационарные гидромеханические процессы / Попов Д.Н. // Москва: Машиностроение. 1982. 241 c.

42. Пильгунов В.Н. Математическая модель гидропривода с двойным объёмным регулированием // Машиностроение и компьютерные технологии. 2014. №. 7. С. 1-19.

43. Нгуен В.Х., Сосновский Н.Г. Исследования гидропривода с объемным регулированием с различными регуляторами аксиально-поршневого насоса // Фундаментальные и прикладные задачи механики. 2021. С. 45-48.

44. Nikitin O.F. Machine regulation volume hydraulic drive with reciprocating motion of hydraulic motors // 2015 International Conference on Fluid Power and Mechatronics (FPM). Harbin. 2015. P. 593-595.

45. Лепешкин А.В. Математическая модель гидрообъемного привода ведущей оси колесной машины // Современные тенденции развития науки и технологий. 2016. С. 84-91.

46. Лепешкин А.В. Методика создания «Интеллектуальной» системы автоматического адаптивного управления трансмиссией многоприводной колесной машины //Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. №. 2. С. 222-228.

47. Выбор параметров гидрообъемных трансмиссий: учебно-метод. пособие / Жданович Ч. И., Мамонов М. И. // Минск: БНТУ. 2021. 45 с.

48. Беленков Ю. А., Некрасов Б. Б., Фатеев И. В. Определение кпд объемной гидропередачи // М., Автомобильная промышленность. 1975. №. 8. С. 16-18.

49. Гидравлика и гидропневмопривод / Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. // М.: МГИУ. 2003. 352 с.

50. Городецкий К.И. Механический кпд объемных гидромашин // Вестник машиностроения. 1977. №. 7. С. 11-13.

51. Лепешкин А.В. Математическая модель установившегося движения автопоезда с активизированным прицепным звеном, позволяющая оценить потери в трансмиссии // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 201. №. 2. С. 27-41.

52. Курмаев Р.Х. Метод повышения эффективности полноприводной многоосной машины с гидрообъёмной трансмиссией за счёт использования

корректирующих алгоритмов: автореферат дис. ... к.т.н. 05.05.03. Москва. 2009. 23 с.

53. Драгомиров Д.В. Исследование энергодинамических и регулировочных характеристик гидропривода с гидромоторным блоком расширенного диапазона регулирования: дис. ... к.т.н. 05.04.13. Москва. 2010. 180 с.

54. Кулешов А.С., Фадеев Ю.М., Барченко Ф.Б. Программа Дизель-РК: моделирование и оптимизация рабочих процессов ДВС // Двигатель-2010 : материалы международной конференции. 2010. С. 287-292.

55. Кузнецов А.Г. Динамическая модель дизеля // Автомобильная промышленность. 2010. № 2. С. 30-33.

56. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания / Кулешов А.С., Грехов Л.В. // М. : МГТУ. 2000. 64 с.

57. Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК. URL: https://diesel-rk.com (дата обращения: 02.02.2022).

58. Пухов А.А., Гринкруг М.С. Способы регулирования мощностей двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклу дизеля // Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. 2022. С. 293-296.

59. Лепешкин А.В., Курмаев Р.Х., Катанаев Н.К. Идентификация работы двигателя самоходной машины для использования в математической модели её движения (на примере двигателя DT466) // Известия МГТУ МАМИ. 2007. №. 2. С. 68-73.

60. Лепешкин А.В., Нгуен В. К вопросу об описании ДВС в математической модели системы подъема судна на воздушной подушке (на примере двигателя ЗМЗ-51432.10 CRS) // Известия МГТУ МАМИ. 2023. Т. 17. № 2. C. 107-114.

61. Моделирование систем: учебное пособие / Елизаров И.А., Мартемьянов Ю.Ф. // Ст. Оскол: ТНТ. 2013. 136 с.

62. Основы вычислительного теплообмена и гидродинамики: учебное пособие / Аникеев А.А., Молчанов А.М., Янышев Д.С. // М.: МАИ. 2010. 149с.

63. Численное моделирование: учебное пособие / Цветова Е.В. // Ульяновск: УлГТУ. 2022. 49 с.

64. Шустрова М.Л., Аминев И.М., Байтимиров А.Д. Средства численного моделирования гидродинамических параметров процессов // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. №. 14. С. 221-224.

65. Основы вычислительного теплообмена и гидродинамики / Быков Л.В., Молчанов А.М., Янышев Д.С. // Москва: URSS. 2019. 214 c.

66. Петров А.И., Ломакин В.О., Семенов С.Е. Пути повышения энергоэффективности динамических насосов на основе современных компьютерных технологий // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. №. 4. С. 1-23.

67. Кальясов П.С. Численное моделирование аэрогидродинамики амфибийных судов на воздушной подушке с гибким ограждением баллонетного типа: дис. ... к.т.н. 01.02.06. Нижний Новгород. 2010. 137 с.

68. Пеплин Ф.С. Динамика и устойчивость судов на воздушной подушке с гибким ограждением баллонетного типа: дис. ... к.т.н. 01.02.06. Нижний Новгород. 2022. 127 с.

69. Выбор сетки и модели турбулентности для расчета коэффициента расхода стандартной диафрагмы / Р.И. Ганиев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2008. №. 4. С. 21-24.

70. Механика жидкости и газа / Лойцянский Л. Г. // М.: «Наука». 1987. 840 с.

71. Ломакин В.О. Разработка комплексного метода расчета проточных частей центробежных насосов с оптимизацией параметров: дис. ... д.т.н. 05.04.13. Москва. 2018. 250 с.

72. Течение сжимаемых сред: учеб. пособие / Бирюк В.В., Благин Е.В., Угланов Д.А., Цыбизов Ю.И. // Самара: Изд-во Самарского университета. 2018. 212 с.

73. Применение методов виртуального проектирования при разработке концептуального проекта амфибийного судна на воздушной подушке с

гибким ограждением баллонетного типа / Л.А. Игумнов [и др.] // Вестник НГУ им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 1. С. 102-108.

74. Суперкомпьютерное моделирование. Движительно-рулевого комплекса амфибийного судна на воздушной подушке: учебно-методическое пособие / Игумнов Л.А., Кальясов П.С., Шабаров В.В., Шабарова Л.В., Шапошников В.А. // Н. Новгород, Нижегородский госуниверситет. 2014. 141 с.

75. DATADVANCE, Documentation to pSeven: approximations. URL: https://www.datadvance.net (дата обращения: 02.02.2023).

76. DATADVANCE, Documentation to pSeven: optimization algorithms. URL: https://www.datadvance.net (дата обращения: 02.02.2023).

77. Бурнаев Е. и др. Многодисциплинарная оптимизация, анализ данных и автоматизация инженерных расчетов с помощью программного комплекса pSeven // CAD/CAM/CAE Observer. 2014. №. 4. C. 56-61.

78. Safonov A.A., Saratov A.A., Ushakov A.E. Numerical optimization and sensitivity analysis of pultrusion process parameters // ECCM 2016-Proceeding of the 17th European Conference on Composite Materials. Germany. 2016. P. 1-8

79. Surrogate-based optimization method applied to multidisciplinary design optimization architectures / Xu C. Z. [et al.] // 31st congress of the International Council Of The Aeronautical Sciences (ICAS 2018). 2018. P. 10.

80. Сравнительный анализ процедур оптимизации на основе гауссовских процессов / Е.В. Бурнаев [ и др.] Систем. требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://itas2012.iitp.ru/pdf/1569602385.pdf (дата обращения: 02.02.2023).

81. Теплотехнические измерения и приборы / Преображенский В. П. // Учебник. 3-е изд., перераб. Москва: «Энергия». 1978. 704 с.

82. Улучшение проходимости, плавности хода и управляемости летательных аппаратов и транспортных средств с регулируемым комбинированным шасси на воздушной подушке / В.Н. Наумов [и др.] // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2014. №.7(31). С. 1-10.

83. Sosnovsky N.G., Van Hoa N. Fan Rotating Speed Control with Volumetric Regulated Hydraulic Drive in a Hovercraft // International Conference on

Industrial Engineering. - Cham: Springer International Publishing. 2022. P. 10231032.

84. Сосновский Н.Г., Хоа В. Расчетные исследования гидравлической трансмиссии судна на воздушной подушке // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. №. 4. С. 46-54.

85. Демин И.О., Саблина Г.В. Исследование методов настройки параметров ПИД-регулятора // Автоматика и программная инженерия. 2020. №. 1. С. 174-181.

86. Марков В. А., Фурман В. В., Иванов В. А. Исследование системы автоматического регулирования частоты вращения тепловозного дизеля // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. №. 8. С. 5463.

87. Лепешкин А.В., Сосновский Н.Г., Нгуен В.Х. Математическая модель подъёмной системы судна на воздушной подушке // Известия МГТУ МАМИ. 2023. Т. 17. №4. C. 357-366.

88. Kwon H., Sprengel M., Ivantysynova M. Thermal modeling of a hydraulic hybrid vehicle transmission based on thermodynamic analysis // Energy. 2016. Т. 116. P. 650-660.

89. Адаптивный гидропривод с объемным регулированием подачи инструмента технологической машины / В.С. Сидоренко [и др.] // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. № 2. C. 88-98.

90. Попов Д. Н., Сосновский Н. Г., Сиухин М. В. Компьютерное моделирование гидросистем с типовыми нелинейными характеристиками // Машиностроение и компьютерные технологии. 2017. №. 7. С. 63-74.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» (НГТУ)

АКТ

.¿¿¿и/ № _

г. Нижний Новгород

АКТ

о внедрении в учебный процесс результатов диссертационной работы Нгуен Ван Хоа по теме «Методика проектирования несущего комплекса транспортного средства на воздушной подушке с регулируемой гидрообъемной трансмиссией» в практику кафедры «Строительные и дорожные машины» ФГБОУ ВО "Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева".

Мы, нижеподписавшиеся, комиссия в составе председателя, первого проректора -проректора по образовательной деятельности, кандидата технических наук, доцента Ивашкина Е.Г., заведующего кафедрой «Строительные и дорожные машины», доктора технических наук, профессора Вахидова У.Ш., начальника управления научно-исследовательских и инновационных работ, профессора кафедры «Строительные и дорожные машины», доктора технических наук, профессора Белякова В.В., кандидата технических наук, доцента кафедры «Строительные и дорожные машины» Колотилина В.Е. удостоверяем, что результаты диссертационной работы Нгуен Ван Хоа внедрены в учебный процесс кафедры «Строительные и дорожные машины» в содержание лекций дисциплин по направлению 23.03.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы» (бакалавриат): «Транспортно-технологические машины специального назначения», «Гидооборудование специальных транспортно-технологических машин» и «Движители специальных транспортно-технологических машин», а также для студентов по направлению 23.04.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы» (магистратура): «Математическое моделирование транспортно-технологических машин» и «Проектирование машин для работы на слабых грунтах».

В процессе выполнения диссертации «Методика проектирования несущего комплекса транспортного средства на воздушной подушке с регулируемой гидрообъемной трансмиссией» установлено, что с целью увеличения энергоэффективности несущего комплекса и проходимости транспортного средства на воздушной подушке (ТСВП) при разных режимах движения разработаны алгоритмы управления гидрообъемной трансмиссией и двигателя. Разработаны математическая модель и методика проектирования энергоэффективного несущего комплекса ТСВП. Результаты численного моделирования предложенного комплекса подтвердили возможность уменьшения потребления топлива

УТВЕРЖДАЮ

Первый проректор-проректор по образовательной деятельности^