АМФИБИЙНАЯ МАШИНА
AMPHIBIOUS MACHINE

Изобретение относится к области амфибийных гусеничных, колесных и роторно-винтовых машин и предназначено для создания амфибии с регулируемым статическим запасом плавучести в процессе ее эксплуатации на водных участках местности в различных географических регионах.
Известна амфибийная машина, включающая водоизмещающий корпус, силовую установку с выхлопным трактом и газопроводами, силовую передачу, сухопутный и водоходный движители, а также кожухи, установленные снаружи машины и соединенные с корпусом с возможностью образования открытых снизу полостей, при этом газопроводы снабжены выхлопными клапанами и связаны с этими полостями, а кожухи выполнены в виде съемных каркасов, закрепленных на корпусе и шарнирно связанных с ними съемных листов (см. RU 2171749 С1, Общевойсковая академия вооруженных сил РФ, 10.08.2001).
Конструктивное выполнение известной амфибийной машины обеспечивает определенный статический запас плавучести и остойчивости при ее эксплуатации на водных участках местности. При движении по воде обеспечивается отсечка внутренних полостей кожухов от атмосферы. Вместе с этим благодаря связи этих полостей через выхлопные каналы с выхлопным трактом двигателя силовой установки, в них повышается давление выхлопных газов, в результате чего в каждом кожухе вытесняется вода и возникают силы, направленные вверх и повышающие запас плавучести машины.
Однако надежность полостей, обеспечивающих статический запас плавучести амфибийной машины, с течением времени ухудшается. Это связано с тем, что выхлопные газы токсичны и могут разрушить конструкцию полостей.
Наиболее близким аналогом является амфибийная машина, включающая водоизмещающий корпус, силовую установку, трансмиссию, сухопутный и водоходный движители и средства управления, а также водоизмещающие емкости, расположенные снаружи корпуса и средства прижатия емкостей к корпусу машины при движении машины по суше, а также средства для подключения емкостей к системе нагнетания воздуха в виде компрессора для приведения их в рабочее состояние (WO 2008/037354 А2, RHEINMETALL LANDSYSTEME GMBH(DE) и др., 03.04.2008).
Использование дополнительных емкостей при эксплуатации известной машины на водных участках позволяет увеличить статический запас плавучести. Кроме того, нагнетание воздуха в емкости с помощью компрессора увеличивает надежность конструкции машины. Однако в известной машине не предусмотрена возможность регулирования объема водоизмещающих емкостей, что не позволяет при эксплуатации по водной местности изменять положение центра величины машины, необходимое для создания стабилизирующего момента при возникновении крена.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании амфибийной машины с увеличенным, и в то же время регулируемым статическим запасом плавучести в процессе ее эксплуатации на водных участках местности.
Технический результат заключается в увеличении общего водоизмещения машины, ее статического запаса плавучести и возможности обеспечения коррекции дифферента и крена машины в процессе ее эксплуатации на водных участках местности за счет использования дополнительного регулируемого водоизмещающего объема, расположенного под днищем машины.
Это достигается тем, что амфибийная машина, содержащая водоизмещающий корпус, силовую установку, трансмиссию, сухопутный и водоходный движители и средства управления, согласно изобретению включает, по меньшей мере, одну размещенную под днищем корпуса водоизмещающую емкость, выполненную с возможностью изменения своего объема, а средства управления дополнительно включают элементы регулирования объема водоизмещающей емкости, выполненные в виде силовых цилиндров, установленных по периметру емкости и связанных с соответствующими управляющими элементами.
Емкость посредством управляемых впускных и выпускных клапанов связана с пневматической системой подачи воздуха.
Кроме того, в кормовой и носовой частях корпуса машины могут быть размещены аналогичные водоизмещающие емкости.
В одном из вариантов выполнения машины емкости могут быть снабжены люками, расположенными непосредственно под зоной расположения в днище корпуса технологических люков, предназначенных для доступа к оборудованию внутри машины.
В другом варианте с этой же целью емкости могут быть выполнены с возможностью частичного демонтажа в зоне расположения в днище корпуса технологических люков, предназначенных для доступа к оборудованию, размещенному внутри машины.
Использование, по меньшей мере, одной водоизмещающей емкости, расположенной непосредственно под днищем корпуса машины, позволяет формировать дополнительный регулируемый объем под днищем машины - «двойное днище», с помощью которого можно увеличить общее водоизмещение машины, ее статический запас плавучести и корректировать при необходимости дифферент и крен машины. Кроме того, уменьшить сопротивление воды, создаваемого ходовой частью машины, и несколько увеличить скорость движения по воде. Возможность регулирования объема позволяет изменять положение центра величины машины и принудительно корректировать крен и дифферент машины.
При движении по воде, опуская принудительно на требуемую величину второе днище и подавая в образуемый при этом замкнутый объем сжатый воздух для лучшей ее герметизации, получают дополнительный прирост водоизмещения машины, на который увеличивается запас плавучести. Максимальное опускание второго днища вниз производится в пределах клиренса машины на плаву, а в некоторых случаях и более величины клиренса, что позволяет уменьшить сопротивление воды в элементах ходовой части, увеличить скорость движения, повысить непотопляемость и исключить «заныривание» машины при сохранении требуемых параметров остойчивости и качки.
Выполнение люков в емкостях или выполнение емкостей с возможностью частичного демонтажа в зоне расположения в днище корпуса технологических люков обеспечивает доступ к оборудованию, расположенному внутри корпуса.
Предлагаемое устройство может быть использовано, и особенно выгодно, при модернизации имеющегося парка амфибийных машин для компенсации увеличения их массы в случае установки дополнительного вооружения и/или каких-либо других систем.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 и фиг.2 представлена схема днищевого регулируемого статического запаса, на фиг.3 приведены расчетные зависимости сопротивления воды без днищевого запаса плавучести и с ним.
На корпусе 1 амфибийной машины размещена, по меньшей мере, одна водоизмещающая емкость 2, выполненная с возможностью изменения своего объема. Емкость 2 размещена под днищем корпуса 1 в пространстве между внутренней частью сухопутного движителя 3. Водоизмещающая емкость 2 снабжена средствами для регулирования своего объема (на чертежах не показаны). Емкость 2 может быть выполнена в виде объемного шарнирного параллелограмма. Нижняя часть емкости 2, составляющая второе днище, выполнена из металла. Боковые части емкости 2 выполнены, например, из брезента или другого прочного водонепроницаемого материала. Объем емкости 2 регулируется с помощью выдвижного механизма. В качестве такого механизма в частном случае используют небольшие силовые цилиндры, установленные по периметру емкости 2. При этом силовые цилиндры связаны с элементом управления. Элемент управления выполнен с возможностью управления штоками цилиндров либо для перемещения их на равную величину, либо для перемещения их в определенной последовательности на разную величину. Это позволяет за счет изменения объема «второго днища» перемещать положение центра величины машины в нужном направлении для корректировки кренов и дифферентов.
Емкость 2 посредством управляемых впускных и выпускных клапанов связана с пневматической системой подачи воздуха с помощью компрессора (на чертеже не показана).
Амфибийная машина работает следующим образом.
При движении на суше емкость 2 прижата к днищу корпуса с помощью силовых цилиндров. При движении по воде емкость 2 опускают вниз либо на максимальную величину до уровня провисшей ходовой части (этот объем заштрихован), либо в промежуточные положения, обусловленные условиями движения. Воздух, подаваемый в емкость 2, способствует ее герметичности.
При этом использование на военных амфибийных машинах водоизмещающей емкости, выполненной с возможностью регулирования своего объема, позволяет частично противодействовать взрывной волне при подрыве машины на минах.
0
0
При входе в воду с поджатой к днищу емкости 2 машина погружается в воду до ватерлинии WL, после формирования максимально возможного объема в емкости 1 ватерлиния также опускается вниз до уровня WiLi. Тем самым становится возможным поддерживать статический запас плавучести на допустимом уровне в процессе эксплуатации машины, не увеличивая размеры основного корпуса.
Перемещение вниз плоскости грузовой ватерлинии снижает вероятность «заныривания» машины вследствие натекания носовой подпорной волны на носовые обводы корпуса 1 и увеличения дифферента на нос.
При выходе машины из воды на берег уменьшают до нуля объем емкости 2. На гусеничных машинах в некоторых случаях это позволяет увеличить давление гусениц на подводный грунт и тем самым улучшить проходимость машины.
Как известно, сопротивление воды движению амфибийных плавающих машин представляет собой сумму сопротивлений, создаваемых корпусом машины и ее ходовой частью. Причем, чем меньше глубина воды, тем больше может быть доля сопротивления воды, создаваемого элементами ходовой части. На величину сопротивления ходовой части оказывают влияние также конструкция ходовой части, ее размеры и экранирование деталей ходовой части корпусом и его элементами.
Проведенные расчеты гидродинамического сопротивления воды показывают, что введение «днищевого» запаса плавучести может привести к уменьшению сопротивления воды на 25-37% от общего сопротивления. На фиг.2 приведены расчетные зависимости сопротивления воды амфибийной машины без «днищевого» запаса плавучести и с ним. Сравнение этих двух зависимостей показывает, что «днищевой» запас плавучести приводит к уменьшению сопротивления воды, а следовательно, к увеличению скорости движения машины по воде. Причем, чем выше скорость движения, тем процент уменьшения сопротивления воды больше.
Использование «днищевого» запаса плавучести на амфибийных машинах влияет на параметры остойчивости в поперечной и продольных плоскостях. Изменения параметров остойчивости обусловлены в основном перемещением центра величины вниз к днищу и увеличения расстоянии между центром тяжести машины и ее центра величины, а также формой поперечного сечения корпуса выше и ниже плоскости действующей ватерлинии. Эти изменения параметров остойчивости характеризуются уменьшением величины начальной метацентрической высоты и максимального восстанавливающего момента, а также угла заката диаграммы остойчивости.
Как показали проведенные испытания, машины разной массы при использовании «днищевого» запаса плавучести имеют различные диаграммы поперечной остойчивости, которые отличаются начальными метацентрическими высотами, углами закаты диаграмм и величиной минимальных опрокидывающих моментов. Поэтому при использовании «днищевого» запаса плавучести необходимо рассчитывать диаграммы статической остойчивости с определением величин минимальных опрокидывающих моментов. При опасных режимах эксплуатации с точки зрения потери остойчивости всегда можно временно свести до нуля объем «днищевого» запаса плавучести и тем самым исключить его негативное влияние на параметры остойчивости машины.