СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВАЮЩИМ СРЕДСТВОМ
CONTROL OVER FLOATING VEHICLE

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к способам управления плавающими средствами, предназначенными для использования в боевых действиях и различных видах обеспечения в качестве боевых машин (танки, БМП, БТР и др.), транспортных машин (бронетранспортеры, бронеавтомобили, гусеничные и колесные транспортеры и др.), специальных машин (тягачи, эвакуационные машины и др.), медицинских машин, плавающих платформ, плавающих барж и др.
Известные плавающие средства содержат корпус, силовую установку, силовую передачу и движитель, благодаря чему обладают хорошей управляемостью, обеспечиваемой, в частности, подвижностью, а также защитой экипажа как от воздействия огневых средств противника, так и от поражающих факторов оружия массового поражения (прежде всего у плавающих средств с бронированным корпусом) (см., например, Латухин А.Н. Противотанковое вооружение. М.: Воениздат, 1974, с.8-26; Мостовенко В.Д. Танки. М.: Воениздат, 1958). Серьезным недостатком этих средств является трудность управления ими при переправах через водные преграды, в частности, из-за низкой остойчивости, избыточного веса бронированного корпуса и др. Для переправы машин через водные преграды используются различные способы и средства, позволяющие обеспечить их управляемость и живучесть: переправы своим ходом по дну, десантные переправочные средства, способы и средства, обеспечивающие собственную плавучесть.
Известен способ управления бронированными машинами при переправе их через водные преграды путем оборудования подводных переправ для движения бронеобъектов своим ходом по дну (см., например, книгу "Танк Т-72А". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга вторая (часть вторая). - М.: Воениздат, 1989, с.170-199). Данный способ имеет следующие недостатки: глубина преодолеваемых водных преград с твердым дном не более 5 м, крутизна берегов не более 20°, скорость течения воды не более 2 м/с, ширина водной преграды не более 1 км, время на подготовку переправы велико. Кроме того, участок переправы должен быть предварительно разведан водолазами, разминирован и обозначен; должны быть организованы береговая и водные спасательные службы; весь участок переправы машин по дну имеет ряд характерных демаскирующих признаков, особенно при входе в воду и выходе из нее, а также связанных с отсутствием автономности переправляемых по дну машин. Совокупность перечисленных недостатков ограничивает применимость способа переправы боевых машин по дну своим ходом.
Известны паромные переправы, которые обеспечивают гусеничные самоходные паромы, представляющие собой две плавающие гусеничные машины, общей грузоподъемностью на плаву до 50 т (см., например, Пляскин В.Я. и др. Инженерное обеспечение общевойскового боя, М.: Воениздат, 1972, 31 с.). Для обеспечения указанной грузоподъемности гусеничный самоходный паром состоит из двух полупаромов, содержит понтоны большого объема, представляющие крупную мишень для огневых средств противника. Поэтому живучесть переправляемых таким способом средств является низкой, а управление сложным.
Известен способ повышения управляемости и живучести плавающих средств, в частности отечественных плавающих боевых машин пехоты (см., например, "Боевая машина пехоты БМП-1". Техническое описание и инструкция по эксплуатации, М.: Воениздат, 1979, с.5-31), содержащих корпус и связанные с ним силовую установку, силовую передачу и движитель. Этот способ заключается в обеспечении машины собственной плавучестью, позволяющей ей самостоятельно преодолевать водные преграды вплавь без какой-либо продолжительной и кропотливой технической подготовки. С этой целью корпус машины выполняют водонепроницаемым, а форму и размеры проектируют с таким расчетом, чтобы машина плавала с небольшим статическим дифферентом на корму. Размеры надводной части этого плавающего средства существенно меньше соответствующих размеров предыдущего плавающего средства, что повышает его скрытность и живучесть. Кроме водоходных качеств она обладает хорошей проходимостью по мягким деформируемым грунтам высокой влажности и способностью преодолевать другие виды препятствий на местности, что особенно важно при входе в воду и выходе из нее. Однако запас плавучести и остойчивость этой машины малы, что ограничивает ее возможности в маневрировании, ведении огня на плаву и способствует возникновению качки, которая может повлечь за собой местные разрушения корпуса из-за динамических перегрузок его элементов от ударов волн, а также повреждения и потерю оборудования машины, расположенного снаружи корпуса. Кроме того, длительная по времени качка (особенно бортовая) часто вызывает у членов экипажа, десанта, перевозимых раненых и больных болезненное физиологическое состояние.
Известен также способ управления плавающего средства (см., например, патент Российской Федерации №2335413 с приоритетом - от 14.05.2007; г.), включающий установку снаружи плавающего средства кожухов, соединенных с его корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей и подачи в эти полости через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, регулирование подачи выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуска посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, создание в полостях кожухов начальных избыточных давлений, обеспечивающих устойчивое положение плавающего средства на спокойной воде, равномерную подачу выхлопных газов в полости кожухов в случае прямолинейного движения плавающего средства и отсутствия качки, измерение в случае прямолинейного движения и качки амплитуды наклона плавающего средства и пропорционально ее значению увеличение и уменьшение подачи выхлопных газов в полости со стороны соответственно наклона и ей противоположной, а в случае поворота прекращение подачи выхлопных газов в полость со стороны поворота, а с противоположной стороны - ее увеличение пропорционально квадрату скорости плавающего средства и обратно пропорционально радиусу его поворота,
Регулируемая подача выхлопных газов силовой установки в полости кожухов, установка в полостях кожухов начальных избыточных давлений обеспечивают устойчивое положение машины на спокойной воде и ее прямолинейное движение. Предложенные алгоритмы регулирования подачи выхлопных газов в кожухи при качке и поворотах позволили повысить управляемость машины за счет повышения ее остойчивости, плавучести, возможности компенсировать наклонения созданием относительно машины дополнительных моментов, равных по величине и противоположных по направлению моментам, создаваемым воздействием волн, давлением ветра, сопротивлением воды, центробежной силой при маневрировании и др.
Введение кожухов и оборудование с их помощью полостей, открытых снизу, и подача в них выхлопных газов силовой установки позволяют повысить плавучесть и остойчивость плавающего средства, что в свою очередь обеспечивает повышение его грузоподъемности, эффективности огня при стрельбе из положения "на плаву", а также повышение живучести при его применении как на суше, так и на воде (за счет удовлетворительной плавучести, экранирования корпуса, снижения шума от работающих двигателя и движителя).
Однако при управлении маневрированием плавающей машины в положении "на плаву", плавучесть и устойчивость ее на курсе с максимальной загрузкой, особенно при поворотах, повысились недостаточно. Вместе с тем, при совершении поворотов на машину действуют дополнительные силы и моменты, вызывающие крен (см., например, Степанов А.П. Плавающие машины. - М.: Издательство "ДОСААФ", 1985, с.77-92). Так, например, воздействие на машину при поворотах центробежной силы вызывает дополнительный крен машины в сторону борта, противоположного центру поворота, что резко снижает ее остойчивость в наиболее опасном направлении: в поперечной плоскости в условиях высоких скоростей движения плавающего средства и фронта распространения волн.
Задачей изобретения является повышение плавучести, управляемости и живучести плавающего средства на плаву.
Технический результат заключается в повышении плавучести, управляемости и живучести плавающего средства как при прямолинейном движении, так и маневрировании (поворотах) в условиях большой загрузки.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления плавающим средством, включающем установку снаружи плавающего средства кожухов, соединенных с его корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей и подачи в эти полости через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, регулирование подачи выхлопных газов силовой установки в полости кожухов и их выпуска посредством управляемых соответственно впускных и выпускных клапанов, создание в полостях кожухов начальных избыточных давлений, обеспечивающих устойчивое положение плавающего средства на спокойной воде, равномерную подачу выхлопных газов в полости кожухов в случае прямолинейного движения плавающего средства и отсутствия качки, измерение в случае прямолинейного движения и качки амплитуды наклона плавающего средства и пропорционально ее значению увеличение и уменьшение подачи выхлопных газов в полости со стороны соответственно наклона и ей противоположной, а в случае поворота прекращение подачи выхлопных газов в полость со стороны поворота, а с противоположной стороны - ее увеличение пропорционально квадрату скорости плавающего средства и обратно пропорционально радиусу его поворота, отличающемся тем, что размещают на наружных поверхностях боковых кожухов пластины из мягкого эластичного материала и закрепляют их по периметру к кожуху с возможностью образования между ними и кожухами симметричных относительно продольной и поперечной осей плавающего средства водонепроницаемых емкостей, обеспечивают независимое и регулируемое посредством управляемых впускных и выпускных клапанов их заполнение выхлопными газами силовой установки, при прямолинейном движении плавающего средства и его равномерной загрузке водонепроницаемые емкости заполняют выхлопными газами одинаково, пропорционально необходимому повышению плавучести плавающего средства, а при поворотах с необходимостью дополнительного изменения радиуса поворота, изменяют относительное заполнение выхлопными газами водонепроницаемых емкостей со стороны поворота и противоположной стороны с учетом направления и величины скорости плавающего средства относительно воды. Это позволяет дополнительное повысить плавучесть, остойчивость и управляемость плавающего средства за счет введения дополнительных водонепроницаемых емкостей (поплавков), возможности компенсировать наклонения созданием относительно машины совместных (основных и дополнительных) моментов, равных по величине и противоположных по направлению моментам, создаваемым воздействием волн, давлением ветра, сопротивлением воды, центробежной силой при маневрировании. Создание дополнительных моментов от дополнительных водонепроницаемых емкостей (поплавков) обеспечивает возможность выполнения и других функций, независимо от прототипа. Например, при недостаточной загруженности плавающего средства, прямолинейном движении и спокойной воде введенные элементы могут обеспечить выполнение функций прототипа и значительно сэкономить энергетический ресурс.
Реализация предлагаемого способа применительно к плавающим средствам (одинаковых с патентом РФ №2335413) при прямолинейном движении и малых наклонениях (на спокойной воде) происходит следующим образом. При движении на воде с кожухами, установленными в рабочем положении, обеспечивается отсечка их внутренних полостей от атмосферы. Вместе с этим, благодаря связи этих полостей через впускные и выхлопные клапаны с выхлопным трактом двигателя силовой установки, в них подают выхлопные газы, в результате чего повышается их давление в каждом кожухе. Используя впускные и выпускные клапаны, устанавливают начальное избыточное давление в каждом кожухе, в результате чего возникают силы, направленные вверх, повышающие плавучесть машины и обеспечивающие создание моментов, действующих относительно корпуса машины встречно. При отсутствии наклонений эти моменты уравновешивают друг друга, а при возникновении наклонения - обеспечивают появление стабилизирующего разностного момента. Благодаря этому появляется возможность управления остойчивостью, плавучестью, устойчивостью на курсе, в результате чего управляемость машиной и ее живучесть повышаются. Кроме того, направление выхлопных газов в кожухи, а не в атмосферу снижает шум машины и обеспечивает повышение ее скрытности. При неработающем двигателе кожухи выполняют функции поплавков, что также обеспечивает повышение и плавучести, и остойчивости. Наличие кожухов не только не ограничивает движение на суше, но и создает дополнительные преимущества: кожухи в этом случае выполняют функции экранов, повышая защищенность ходовой части машины при ее обстреле, особенно кумулятивными снарядами и ракетами.
Начальные избыточные давления в полостях кожухов устанавливают на спокойной воде и неподвижной машине, что обеспечивает устранение начальных наклонений, вызванных издержками проектирования, размещения груза и др., а также повышает остойчивость машины. Вместе с этим производят и согласование работы дополнительных поплавков (водонепроницаемых емкостей) между собой и с системой подачи выхлопных газов прототипа.
В дальнейшем при прямолинейном движении и отсутствии качки (спокойная вода) подачу выхлопных газов в полости кожухов производят равномерно, увеличивая начальные давления и плавно переходя к текущим, что увеличивает величину разностного момента и создает определенный резерв для поддержания устойчивого положения машины. При этом и в случае необходимости водонепроницаемые емкости симметрично и равномерно заполняют до необходимого уровня выхлопными газами через выхлопные клапаны и газопроводы выхлопных газов силовой установки, как и в прототипе, но автономно, с использованием «своих» управляемых впускных и выпускных клапанов.
В случае прямолинейного движения машины и наличия качки измеряют амплитуду наклона машины, например ее крена, и пропорционально ее значению увеличивают подачу выхлопных газов в полости со стороны наклона (крена) машины, а со стороны, противоположной наклону (крену), - уменьшают. В этом случае разностный момент существенно увеличивается и увеличиваются возможности по компенсации внешних моментов, действующих на машину. Заполнение водонепроницаемых емкостей (дополнительных поплавков) в этом случае с обоих бортов остается одинаковым.
В случае совершения плавающим средством поворота (как и в прототипе) подачу выхлопных газов в полости со стороны поворота прекращают, а с противоположной стороны - увеличивают пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота. Это объясняется тем, что при совершении поворота возникают большие углы наклонения, вызываемые действием центробежной силы. Поэтому подачу выхлопных газов силовой установки в полости кожухов начинают регулировать, предварительно определив скорость движения машины и необходимый (заданный) радиус ее поворота. При этом подачу выхлопных газов в полость, находящуюся со стороны поворота, прекращают полностью, что приводит к увеличению в ней массы воды и появлению дополнительного тормозного момента, облегчающего поворот. А в полость с противоположной стороны подачу выхлопных газов увеличивают таким образом, чтобы избыточное давление в ней увеличивалось пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота. Это необходимо для того, чтобы скомпенсировать действие центробежной силы, которая от квадрата скорости зависит прямо пропорционально, а от радиуса поворота - обратно пропорционально (см., например, Степанов А.П. Плавающие машины, М.: Издательство "ДОСААФ", 1985, с.91). Полости понижения и повышения давления определяются исходя из того, что воздействие на машину центробежной силы вызывает крен машины в сторону борта, противоположного центру поворота (см. там же, с.87), то есть борта, противоположного стороне поворота.
Например, при необходимости совершения левого поворота центробежная сила будет вызывать крен машины в сторону правого борта. В этом случае подачу выхлопных газов в левую полость (под левый кожух) следует прекратить, а в правую (под правый кожух) - увеличить таким образом, чтобы давление в правой полости, со стороны, противоположной повороту, увеличивалось пропорционально квадрату скорости машины и обратно пропорционально радиусу ее поворота. Для этого на пульте управления поворотом вырабатываются сигналы, соответствующие выражениям:
2
Ул=0, Уп=+КпV/R - при левом повороте,
2
Уп=0, Ул=+КпV/R - при правом повороте,
где Ул и Уп - сигналы управления соответственно для левой и правой полостей; Кл и Кп - коэффициенты пропорциональности, учитывающие конструктивные особенности и характеристики управляемых впускных и выпускных клапанов, кожухов, силовой установки, органов управления; V - скорость движения плавающей машины; R - радиус поворота плавающей машины. Сигнал управления Уп при левом повороте подается на открытие впускных клапанов правой полости, вследствие чего выхлопные газы из выхлопного тракта двигателя через выхлопные клапаны поступают в правую полость через впускные клапаны правой полости. Одновременно при нулевом сигнале управления Ул с пульта управления обеспечивается подача команды на открытие управляемых выпускных клапанов левой полости, в результате чего давлением воды снизу кожухов выхлопные газы будут вытесняться из них через выпускные клапаны в окружающую среду. Глубина погружения правого и левого бортов выравнивается, а крен машины, вызываемый действием центробежной силы, устраняется.
При совершении правого поворота центробежная сила будет вызывать крен машины в сторону левого борта. В этом случае подачу выхлопных газов в левую полость (под левый кожух) следует увеличить, а в правую (под правый кожух) - прекратить. Компенсация центробежной силы позволяет повысить устойчивость машины на повороте, что исключает появление опасного крена и возможности ее опрокидывания, уменьшает возможность проникновения в ее корпус воды, позволяет сохранить высокую скорость движения при уменьшении радиуса поворота (из-за дополнительной массы воды в кожухе со стороны поворота) и обеспечивает тем самым повышение управляемости машиной и ее живучести. При максимальной загрузке плавающего средства и неблагоприятном соотношении скоростей движения плавающего средства и фронта распространения волн в процессе поворота появляется необходимость форсирования уменьшения радиуса поворота. Для этого дополнительно используют возможность регулирования степени заполнения водонепроницаемых емкостей путем изменения относительного заполнения выхлопными газами водонепроницаемых емкостей со стороны поворота и противоположной стороны с учетом направления и величины скорости плавающего средства относительно воды.
Например, при встречном сопротивлении воды, степень заполнения водонепроницаемой емкости выхлопными газами со стороны поворота увеличивают, а с противоположной - уменьшают.