Непотопляемость двухзвенных амфибийных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Татаринов, Юрий Юрьевич

• Татаринов, Юрий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Татаринов, Юрий Юрьевич

Введение.

Глава 1. Обзор научно-исследовательских работ и литературы. Постановка целей и задач работы.

1.1. Обзор научно-исследовательских работ и литературы.

1.2. Цели и задачи работы.

Глава 2. Теоретические основы непотопляемости двухзвенных амфибийных машин.

2.1. Основные сведения и определения.

2.2. Оценка изменений посадки амфибии и параметров ее остойчивости при поступлении в корпус забортной воды.

2.3. Оценка возможности движения амфибии с поврежденным корпусом.

2.3.1. Уравнение непотопляемости амфибийной машины из условий сохранения плавучести.

2.3.1.1. Динамический запас плавучести и его влияние на возможность движения двухзвенных амфибий с водой в корпусе.

2.3.2. Уравнение непотопляемости двухзвенной амфибийной машины из условий сохранения плавучести.

2.3.3. Уравнение непотопляемости амфибийной машины из условий сохранения остойчивости.

2.3.4. Уравнение непотопляемости двухзвенной амфибийной машины из условий сохранения остойчивости:.

2.4. Вероятность преодоления водного участка без потери плавучести и остойчивости.

Выводы.

Глава 3. Расчетно-экспериментальная оценка процесса и параметров непотопляемости двухзвенного транспортера.

3.1. Методы расчета непотопляемости. Возможные эксплуатационные случаи состояния двухзвенных машин с позиций непотопляемости.:.

3.2. Расчетная оценка использования запаса плавучести двухзвенного транспортера.

3.2.1. Оценка времени затопления двухзвенного транспортера.

G.2.2. Расчетно-экспериментальная оценка изменения осадки и дифферента двухзвенного транспортера.

3.3. Оценка изменения остойчивости.

3.3.1. Расчетно-экспериментальная оценка остойчивости двухзвенного транспортера (на примере транспортера ДТ-ЗОП).

3.4. Расчетная оценка изменения ходкости при поступлении забортной воды в корпуса звеньев.

3.5. Оценка вероятности преодоления водной преграды транспортером с негерметичным корпусом.

3.6. Выводы.

Общие рекомендации при проектировании двухзвенных транспортеров с позиций непотопляемости.

Общие рекомендации для улучшения непотопляемости двухзвенного транспортера на примере транспортера ДТ-ЗОП.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Непотопляемость двухзвенных амфибийных машин»

Амфибийные машины различного типа и назначения эксплуатируются во многих странах мира как в разных отраслях гражданского хозяйства, так и в вооруженных силах.

В последнее время амфибийные машины вновь находят все большее применение и у нас в стране.

Большой интерес во всем мире в данный момент уделяется двухзвенным плавающим транспортерам. Сочетание уникальной проходимости и большой грузоподъемности делает возможным* широкоуниверсальное применение данной техники в различных отраслях.

Например, многозвенные транспортеры широко использовались при обслуживании как отечественных, так и зарубежных арктических станций. Рассматривалась возможность применения подобной техники при рейдовой разгрузке судов на Северном морском пути, расчеты показывали, что при использовании двухзвенных транспортеров, адаптированных для плавания в прибрежной морской зоне существенно снижается простой судов, снижается стоимость доставки грузов на берег, значительно упрощается процедура доставки грузов от береговой линии до пакгаузов и складских тер миналов. Применение такого комплекса мер позволило бы существенно экономить средства и время, затрачиваемые на подобные операции.

Широко применялись амфибийные машины и в рыболоведских хозяйствах, когда лов рыбы производился на ограниченных акваториях или вблизи береговой линии.

Исключительно важным представляется использование амфибийных машин, оснащенных специальным оборудованием в частях МЧС. Необходимость в данной технике крайне велика, как показали произошедшие в апреле 2000 г. события в Якутии. Тогда затопленными весенним паводком оказались даже крупные города Ленек и Якутск. Причем эти населенные пункты обладали специальными водоотводными сооружениями. При проведении спасательных работ в этих городах широко использовались* вертолеты МЧС, хотя более эффективно было бы применение специальной амфибийной техники. Плавающие транспортеры обладают большой мобильностью в подобных условиях, кроме того, их значительная (10 -30 тонн) грузоподъемность делает возможным монтаж в их корпусах специализированного оборудования, позволяющего, например, разгребать завалй (при установке бульдозерного и экскаваторного оборудования) или оказывать первую медицинскую помощь (при монтаже мобильных госпитальных боксов).

Однако по-прежнему самую широкую область применения амфибийной техники составляют Вооруженные Силы РФ. На данный момент значительная часть бронированной техники огневой поддержки пехоты обладает амфибийными свойствами. Ранее при проектировании подобной техники большое значение уделялось возможности этих машин самостоятельно преодолевать водные преграды. Важность этого свойства обусловлена следующими причинами: по мнению ведущих отечественных й зарубежных военных экспертов, водная преграда, будь то река или другой протяженный водоем (водохранилище, канал), представляет собой серьезную преграду для наступающего противника. Как правило, обороняющаяся сторона серьезно укрепляет берег, на который будет производиться высадка. На нем размещаются долговременные огневые точки, минные поля, другие инженерно саперные сооружения (эскарпы, контрэскарпы и т. п.). Одним из стандартных действий обороняющейся стороны является также полное разрушение инженерных конструкций, связывающих берега водной преграды (мосты, плотины, паромные переправы). Поэтому большое значение имеет возможность переправы и десантирования с ходу, не упуская тактической инициативы. Не последнюю роль при этом играет амфи-бийность наступательной техники. С учетом этих требований и были спроектированы многочисленные бронированные машины различных серий, как то БМП, БТР, БРДМ, БМД, и т. п. Большинство транспортеров, используемых в наших Вооруженных Силах, могут служить базой для установки многих систем ракетных и артиллерийских комплексов.

В начале 80-х годов в нашей стране была создана уникальная серия двухзвенных транспортеров. Наиболее тяжелым в серии был двухзвенный транспортер ДТ-ЗОП (цифры 30 означают грузоподъемность), далее следовали более легкие машины - ДТ-20П и ДТ-10П рис. 1,2).

Рис. 2. ДТ-ЗОПМ

При их конструировании тогда было использовано множество новых решений, которые впоследствии обеспечили высочайшие эксплуатационные качества. Транспортеры обладали прекрасной проходимостью, могли преодолевать водные преграды, имели сравнительно высокую среднюю скорость движения по суше. Надо отметить, что в ряде зарубежных стран (Швеции, Финляндии, Канаде) двухзвенным гусеничным транспортерам уделяется большое внимание. Некоторые страны (США, Германия, Великобритания и др.) закупают шведские двухзвенные транспортеры, в том числе и бронированные, для своих вооруженных сил.

В нашей стране экспериментальные образцы этой техники испытывались в вооруженных силах. В порядке эксперимента предполагалось использовать двухзвенные транспортеры для рейдовой разгрузки судов в условиях Северного морского пути, где они могли попасть в сложнейшие условия эксплуатации. Транспортеру было бы необходимо работать в условиях больших ледовых полей, где они подвергались бы постоянной опасности повреждения. Существенно увеличивалось время пребывания транспортера на воде. Если раньше расстояние, преодолеваемое транспортером по воде, редко превышало 3 - 4 км, то теперь суточный пробег по воде должен был составить 50 - 60 км. Кроме того, транспортер, преодолевающий лишь локальные водные преграды, попадал в крупные акватории северных морей, что предполагало работу в условиях серьезного волнения. Уже тогда обратили внимание на то, что транспортер не обладает необходимой производительностью системы водоотлива. Суммарная производительность водоотливных средств составляла всего 200 л/мин, что позволяло справляться только с эксплуатационными протечками через уплотнения ходовой части. Кроме того, эти машины обладают несколько необычными возможностями, которые могут существенно повлиять на такие составляющие непотопляемости как остойчивость, плавучесть и т. д. Например, транспортер имеет возможность «складывания» звеньев в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Угол «складывания» достигает 17 градусов (в частности при движении по воде за счет «складывания» в горизонтальной плоскости осуществляется циркуляция машины) - как при таком положении збеньев изменяется остойчивость машины? Звенья транспортера обладают степенью свободы относительно продольной оси машины. Как поведет себя транспортер при возникновении крена и дифферента? Нельзя забывать, что существующие двухзвенные транспортеры (серии ДТ) не имеют герметичной крыши грузовых отсеков, а это означает, что если возникающий крен достигает некоторой критической величины, то вода начинает поступать через борт транспортера, существенно ухудшая его плавучесть и остойчивость.

Более актуальной проблема непотопляемости становится (с точки зрения сохранения плавучести и ходкости) для этих машин при применении их по основному назначению - в качестве средства доставки десанта и вооружений на поле боя. При переправе через водные преграды в боевых условиях машины попадают под плотный заградительный огонь, возможен их подрыв на минных полях, что приводит к нарушению герметичности корпуса и затоплению машины. Зачастую площадь повреждений может быть так велика, что затопление происходит за считанные секунды, что существенно затрудняет возможность спасения экипажа.

Однако данные машины находят широкое применение во многих отраслях, что заставляет задуматься о более систематизированном и четком подходе к рассмотрению проблемы обеспечения их непотопляемости. Серьезные исследования подобной техники в связи с их необычными свойствами требуют выработки новых подходов к оценке важнейших составляющих непотопляемости:

- плавучести;

- остойчивости;

- ходкости.

При этом следует учитывать, что непотопляемость двухзвен-ных плавающих транспортеров как важное эксплуатационное свойство с теоретических и экспериментальных позиций практически не исследована. В технических руководствах заводов-изготовителей по этим машинам отсутствуют рекомендации экипажам на случай поступления забортной воды в корпус звеньев через повреждения и уплотнения. Актуальность данной проблемы в будущем еще более возрастет, так-как многозвенные машины с точки зрения проходимости, несомненно, не имеют конкурентов среди внедорожных машин, и, следовательно, области их применения со временем значительно расширятся. Наверняка, значительная часть этих машин будет преодолевать водные преграды, и тогда проявятся особенности их непотопляемости, остающиеся в настоящее время малоизученными. В связи с выше изложенным теоретические и экспериментальные 8 исследования всего комплекса вопросов нёпотопляемости двух-звенных плавающих транспортеров являются очень важными задачами в аспекте повышения живучести этого типа машин.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Татаринов, Юрий Юрьевич

3.6. Выводы

Проведенные расчетно-экспериментальные исследования позволили оценить непотопляемость двухзвенного транспортера (на примере транспортера ДТ-ЗОП), и выявить ряд особенностей, присущих именно двухзвенным машинам.

По результатам расчетно-экспериментальных исследований плавучести можно отметить следующее:

1. Транспортер обладает относительно* небольшим статическим запасом плавучести - 29 % для 1-го звена, 32 % для 2-го, однако используемая часть этого запаса несколько меньше (порядка 20 % для 1-го звена и 25 % для 2-го). Это связано с тем, что при повреждении любого из звеньев возникает дифферент либо на нос (при затоплении 1-го звена), либо на корму (при затоплении 2-го звена), что приводит к нерациональному использованию запаса плавучести.

2. Утрата плавучести транспортера происходит при затоплении одного из его звеньев. При посадке затопленного звена на мель потопления транспортера не происходит.

3. Подача стандартных водоотливных средств явно недостаточна для надежной эксплуатации транспортера. При значительных площадях повреждений затопление транспортера происходит довольно быстро (при площади повреждения равной 0,3 м2 время затопления равно 10 с), не позволяя достичь берега.

4. Повреждение 1-го звена транспортера является более опасным, как вследствие меньшего статического запаса плавучести, так и вследствие более быстрого роста осадки при затоплении звена.

Из расчетно-экспериментальных исследований остойчивости транспортера можно заключить следующее:

1. Существующая конструкция поворотно-сцепного устройства (отсутствие блокировки взаимного перемещения звеньев вокруг продольной оси) не позволяет в полной мере использовать «запас остойчивости» транспортера. «Запас остойчивости» транспортера в этом случае равен «запасу остойчивости» наименее остойчивого звена (2 звено).

2. Отсутствие крыши грузовых отделений существенно снижает использование «запаса остойчивости». Фактически использование восходящей ветви диаграммы остойчивости ограничивается углом заливания - 22°.

3. При относительно небольших значениях поперечного смещения центра тяжести от продольной оси транспортера (порядка 0,1 -0,2 м) возникает опасность потери остойчивости и соответственно плавучести.

4. Остойчивость транспортера существенно возрастает при «складывании» его звеньев в вертикальной плоскости (корма и нос транспортера подняты вверх), однако изменение осадки в средней части транспортера так велико, что угол заливания приближается к нулю.

5. При «складывании» транспортера в горизонтальной плоскости остойчивость при накренении на борт, в сторону которого производилось складывание, возрастает, а при накренении на противоположный борт уменьшается, однако это не приводит к утрате транспортером остойчивости.

В итоге расчетно-экспериментальных исследований ходкости транспортера можно отметить следующее:

1. «Заныривание» транспортера вследствие накопления в 1-м звене воды фактически происходит при таком количестве воды в корпусе, которое исключает возможность дальнейшей эксплуатации транспортера. На практике это означает, что транспортер находится на грани потери плавучести. Соответственно он не имеет возможности продолжения движения из-за затопления МТО.

2. При рассмотрении возможности увеличения скорости движения транспортера на воде, для защиты от подпорной волны необходимо установить волноотражательный щиток.

В результате расчетного исследования вероятности преодоления поврежденным транспортером водной преграды можно отметить следующее:

1. При отсутствии повреждений вероятность преодоления водной преграды (шириной 100 м) достаточно велика (р - 0,9).

2. При получении? повреждений в звеньях транспортера вероятность успешного преодоления водной преграды значительно снижается (р ~ 0,6 при- принятых допущениях), это вызвано в первую очередь невысокой скоростью движения на плаву, относительно небольшим запасом:плавучести и небольшой подачей5водоотливных средств.

3. Наиболее рациональным с точки зрения увеличения вероятности преодоления водной преграды представляется увеличение подачи водоотливных средств. Другие варианты увеличения вероятности (увеличение скорости, статического и динамического запасов плавучести) связано с большим объемом конструктивных переделок.

Общие рекомендации при проектировании двухзвенных

• ■ транспортеров с позиций непотопляемости

1. Оценку непотопляемости предлагается проводить по следующим уравнениям:

- из условий сохранения остойчивости п=1 Л=1

-'„Ба для первого звена,

1 1 п=! л=1 для второго звена.

1 1

- из условий сохранения плавучести: для первого звена,

Уср 1 1 для второго звена.

Уср 1 1

2. Необходимо предусмотреть возможность введения герметичной крыши и пола грузовых отделений, а так же обеспечить надежную работу элементов моторно-трансмиссионного отделения при попадании в него забортной воды (защитить электропроводку и электроагрегаты, вывести заборный патрубок системы питания воздухом выше крыши МТО).

3. Высота надводного борта должна быть максимально возможной (из соображений транспортировки транспортера железнодорожным и воздушным транспортом).

4. При оснащении транспортера специальными водоходными движителями (что подразумевает достижение скорости на плаву большей 8 км/ч), необходимо предусмотреть установку волнотра-жающих или волногасительных щитков, для защиты от носовой подпорной волны и предотвращения «заныривания» при повреждении первого звена транспортера.

5. Поворотно сцепное устройство транспортера должно иметь возможность блокировки всех степеней свободы, в любой момент времни (при любом угле «складывания» и «скручивания»).

6. Водоотливные средства транспортера должны обеспечивать суммарную подачу не менее 2650 л/мин из поврежденного звена (вероятность преодоления водной преграды возрастет в 1,35 раза, время затопления одного звена увеличивается 2,2 раза) [20].

7. Транспортеры необходимо оборудовать системами' сигнализации о поступлении забортной воды в корпус, возникновении опасных кренов и дифферентов.

8. Транспортер должен быть оборудован средствами спасения экипажа, и системами оповещения береговых служб о аварии (наиболее рациональным видится оснащение транспортера стандартным корабельным спасательным плотом ПСН-6М).

Общие рекомендации для улучшения непотопляемости двухзвенного транспортера на примере транспортера ДТ-ЗОП

1. Введение герметичной крыши и пола грузовых отделений.

2. Для надежной эксплуатации на воде необходимо увеличить высоту надводного борта, а также установить волноотражательный щиток.

3. Герметизация МТО и выведение воздухозаборников выше линии борта.

4. Установка блокировки в поворотно-сцепное устройство.

5. Оснащение транспортера более производительными средствами водоотлива.

6. Желательно, чтобы транспортер имел грузовые марки, а так же системы сигнализации о возникновении крена, дифферента, поступления забортной воды в корпус.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Татаринов, Юрий Юрьевич, 2004 год

1. Альферьев М. Я. Теория корабля. М.: Транспорт, 1971.

2. Армейские автомобили: Учебник / Под ред. А. С. Антонова. М.: Воениздат, 1970.-Т. 1.

3. Басин А. М. Ходкость и управляемость судов. — М.: Транспорт, 1976.

4. Баском В. Волны и пляжи. Динамика; морской поверхности. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1966.

5. Безнос Л. А. Взаимосвязь элементов живучести судна.

6. Вихров А. В. Расчет параметров непотопляемости плавающих машин на ЭВМ.-М.: МАДИ; 1988.

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

8. Дробленков В. Ф., Ермолаев А. И: и др. Справочник по теории корабля. М.: Воениздат, 1984:

9. Зайцев С. В. Волновое сопротивление двухзвенных плавающих машин // Сборник научных трудов. М:, МАДИ, 2001.

10. Исследование и проектирование специальных транспортных средств: Сб. науч. труд. М.: МАДИ, 1988.

11. Кононович Ю. А. Теоретическое и экспериментальное исследование вопросов плавания гусеничных транспортеров без специального водоходного движителя: Дис. канд. техн. наук. Л., 1958.

12. Мейлунес В. Ф. Теоретические и практические вопросы остойчивости и непотопляемости морских судов. Правила регистра морских судов СССР. Л.: Транспорт, 1965.

13. Муру Н. П: Обеспечение непотопляемости корабля. М.: Воениздат, 1965. -193 с.14: Плавающие колесные и гусеничные машины: Учебник. М.: Воениздат, 1963.

14. Проектирование, расчет и исследование^ транспортных машин высокой проходимости: Сб. науч. труд. / Под ред. А. П. Степанова. -М.: МАДИ; 1998.

15. Редькин М. Г. Плавающие гусеничные и колесные машины. М.: Воениздат, 1959.

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

17. Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки речных судов. М.: Марин инжиниринг сервис, 1995. - Т. 1.

18. Саломатин П. А. Современные амфибийные машины: Учебное пособие / МАДИ. М., 1996.

19. Самоходные переправочные средства и средства моторизации переправ: Учебник / Д. Г. Егоров, Л. Е. Ходонович. М.: ВИА им. Куйбышева, 1963.-Ч. 1-2.

20. Соломатин П. А. Гидростатические расчеты специальных транспортных средств. М.: МАДИ, 1986.

21. Соломенцев О. И; Вопросы нормирования непотопляемости морских катамаранов // Судостроение. —1989. № 8.

22. Степанов А. П. Конструирование и расчет плавающих машин. -М.: Машиностроение, 1983. 197 с.

23. Степанов А. П. Расчет ходкости и маневренности амфибийных машин с гусеничными водоходными движителями. М.: МАДИ; 1996.

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

25. Степанов А. П., Зайцев С. В., Рихтер К. В. Особенности гидродинамики ПМ// Сборник научных трудов. М., МАДИ, 2001.

26. Степанов А. П., Мироненко В. П. Вероятностный метод оценки площади повреждений корпуса плавающей ВГМ // Вестник транспортного машиностроения: Сб. -М., Информтехника, 1994. № 1.

27. Степанов А. П., Мироненко В. П. Расчет непотопляемости плавающих машин // Вестник транспортного машиностроения: Сб. М;, Информтехника, 1994: - № 3-4.

28. Степанов А. П., Тукмаков В. В. О времени преодоления водного препятствия поврежденной плавающей машиной.

29. Степанов А. П., Тукмаков В. В. Определение динамического запаса плавучести плавающих боевых машин // Вестник бронетанковой техники. 1991. - № 3.

30. Степанов А. П. Мореходность амфибийных машин: Учебное пособие / МАДИ. М., 1998.

31. Теория, конструкция и расчет боевых колесных машин: Учебник. -М.: Академия Бронетанковых Войск, 1976.-405 с.

32. Триккер Р. Бор, прибой, волнение и корабельные волны. П.: Гидрометеорологическое издательство, 1969.

33. Френкель Н. 3. Гидравлика. М.: Государственное научное издательство, 1947.

34. Янев Пантелей. Критерий достаточной остойчивости бронированных плавающих машин // Naucno-tehnicki Pregled. 1965. - № 5.

35. David Sloss. Amphibious vehicle water performance testing. Davidson Laboratory. Stevens Institute of Technology Hoboken, New Jersey, USA, 1972.