Самоходная машина (варианты)
SELF-PROPELLED VEHICLE (VARIANTS)

Изобретение относится к военной технике, в частности к области самоходных машин, оснащенных средствами пассивной и (или) активной защиты от поражающего воздействия огневых средств противника и предназначенных для выполнения различных задач в качестве средств боевого применения и средств обеспечения.
Известна плавающая бронированная гусеничная машина, содержащая многокапсульный герметичный корпус с люками и проемом для прохода десанта, силовую установку с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), гусеничный движитель с приводом от ДВС и стрелковое оружие. В нижней неподвижной части корпуса машины смонтирован водоходный движитель, а в передней части корпуса - поворотная башня с вооружением. Для привода водоходного движителя используется электродвигатель и аккумуляторная батарея (АКБ), устанавливаемые на машину перед форсированием водной преграды (RU 2576070 С2, F41H 7/00, 27.02.2016).
Недостатком этой машины является отсутствие автономности ее работы, обусловленное применением съемной аккумуляторной батареи и съемного приводного электродвигателя, а также повышенная вероятность поражения машины с ее экипажем при огневом воздействии противника по причине повышенных габаритных размеров многокапсульного корпуса.
Известна также самоходная установка разминирования, содержащая три бронированные секции. Центральная секция размещена между двумя моторно-трансмиссионными секциями. Передняя моторно-трансмиссионная секция снабжена отделением управления с основным пультом управления пусковым оборудованием, а задняя моторно-трансмиссионная секция снабжена дублирующим пультом управления пусковым оборудованием. Центральная секция снабжена катками для ее перемещения, телескопическими опорами, пусковым оборудованием, зарядами разминирования и дублирующим пультом управления (RU 2206048 C1, F41H 11/16, 10.06.2003).
В этой установке при повреждении передней моторно-трансмиссионной секции задняя моторно-трансмиссионная секция имеет возможность сцепляться с центральной секцией. В этом случае оператор пускового оборудования может осуществлять пуск зарядов разминирования с помощью дублирующего пульта управления, что приводит повышению защищенности установки от воздействия огневых средств противника.
Недостатком этой установки является сложность конструкции. Кроме того, указанное повышение защищенности невелико, поскольку сохранение работоспособности установки (машины) обеспечивается только при повреждении одной моторно-трансмиссионной секции. В то же время применение двух моторно-трансмиссионных секций приводит к увеличению размеров машины и к соответствующему увеличению вероятности ее поражения огневыми средствами противника.
Кроме того известна самоходная бронированная гусеничная машина, способная преодолевать водные преграды в надводном и в полностью погруженном положениях. Она содержит герметичный корпус, водоходные движители, систему сообщения заброневого объема корпуса с атмосферой, балластные цистерны, компрессор, гидролокатор, средства навигации и систему видеонаблюдения. Машина имеет автономную систему энергообеспечения на основе аккумуляторных батарей для осуществления возможности движения машины в полностью погруженном положении. Датчики глубины погружения и следящая система регулирования глубины погружения и угловой стабилизации обеспечивают поддержание заданной глубины при малом запасе плавучести за счет использования водоходных движителей с изменяемым вектором тяги (RU 2326769 С2, B60F 3/00, 20.06.2008).
Недостатком этой машины является недостаточный уровень ее защиты от поражающего воздействия огневых средств противника, поскольку необходимость обеспечения плавучести машины ограничивает возможности усиления ее броневой защиты и применения активных средств защиты.
Наиболее близкой к предложенной является плавающая гусеничная самоходная машина, содержащая водонепроницаемый бронированный корпус, трансмиссию, гусеничный движитель с подвеской, водометные движители с их приводом, систему управления и функциональное оборудование, выполненное в виде реактивной установки, обеспечивающей пуск удлиненных зарядов взрывного разминирования. Ее система управления может предусматривать автоматизированное и (или) дистанционное управление движением самоходной машины и ее функциональным оборудованием (RU 2701368 C1, F41H 11/16, B60K 17/12, 23.10.2018).
Недостатком этой машины является недостаточный уровень защиты от поражающего воздействия огневых средств противника, поскольку необходимость обеспечения плавучести машины ограничивает возможности усиления ее пассивной и активной защиты. Недостаточный уровень защиты обусловлен также тем, что пуск реактивных двигателей демаскирует позицию машины и повышает вероятность ее поражения ответным огнем противника. Кроме того на ней не реализован комплекс мер, направленных на усиление ее защиты путем реализации специального конструктивного исполнения ее отдельных узлов и агрегатов.
Из анализа аналогов и прототипа следует, что в предшествующем уровне техники не решена техническая проблема создания самоходной машины, обладающей одновременно небольшой массой и высоким уровнем защиты от поражающего воздействия огневых средств противника. Задачей настоящего изобретения является создание такой самоходной машины.
Техническим результатом предложенного изобретения является обеспечение возможности повышения уровня защиты самоходной машины от поражающего воздействия огневых средств противника без увеличения ее массы.
Под повышением уровня защиты в данном случае подразумевается улучшение любой характеристики самоходной машины, характеризующей, либо непосредственно влияющей на ее способность противостоять поражающему воздействию огневых средств противника и сохранять свою боеспособность, в том числе снижающей вероятность огневого поражения машины.
На самоходной машине, оснащенной защитой от поражающего воздействия огневых средств противника, содержащей корпус или остов, бортовой источник энергии, выполненный в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и (или) тяговой аккумуляторной батареи (АКБ), трансмиссию, движитель, подвеску, функциональное оборудование и систему управления ДВС, трансмиссией и функциональным оборудованием, поставленная задача решается благодаря тому, что на этой машине в зависимости от варианта ее реализации:
-система управления обеспечивает как экипажное, так и дистанционное управление самоходной машиной, причем броневая защита отсека для размещения экипажа выполнена с возможностью ее демонтажа при изменении режимов управления от экипажного к дистанционному;
- трансмиссия выполнена электромеханической, а ходовая часть реализована колесно-гусеничной с размещением тяговых электродвигателей в опорных катках;
- трансмиссия выполнена электромеханической с реализацией воздухонезависимости работы самоходной машины, причем система управления обеспечивает возможность движения самоходной машины по дну водной преграды (водоема, реки) при отсутствии плавучести самоходной машины;
- дополнительно установлены водометы, размещенные в ее кормовой части и имеющие направляющие аппараты, обеспечивающие изменение направления выброса струи в двух плоскостях (вектора тяги), а система управления оснащена датчиками продольного и поперечного углов наклона самоходной машины и обеспечивает управление водометами и их направляющими аппаратами из условия обеспечения движения самоходной машины и предотвращения недопустимо больших углов ее наклона;
- дополнительно установлено водооткачивающее средство, а конструкция корпуса упрощена и не предусматривает его полной водонепроницаемости;
- по меньшей мере один водомет используется в качестве как водоходного движителя, так и устройства для откачки воды из корпуса самоходной машины, при этом в нижней внутренней части корпуса самоходной машины установлен обратный клапан, соединяющий внутреннее пространство корпуса с водоводом водомета;
- трансмиссия выполнена электромеханической, причем обмотки по меньшей мере одной электрической машины и (или) силовые шины трансмиссии выполнены из алюминия или алюминиевого сплава;
- дополнительно установлен преобразователь напряжения тяговой АКБ для питания системы управления без использования низковольтного генератора;
- трансмиссия выполнена электромеханической, содержащей по меньшей мере один тяговый электродвигатель и тяговый генератор, механически соединенный с ДВС, причем в состав системы управления входит обратимый контроллер (преобразователь напряжения) тягового генератора, обеспечивающий запуск ДВС от АКБ в двигательном режиме работы тягового генератора без использования стартера;
- трансмиссия выполнена электромеханической, в состав которой входят по меньшей мере один тяговый электродвигатель и тяговый генератор, механически соединенный с ДВС, причем ДВС выполнен газотурбинным и (или) его номинальная мощность меньше номинальной мощности тягового электродвигателя или суммарной номинальной мощности тяговых электродвигателей;
- трансмиссия выполнена электромеханической, причем по меньшей мере один тяговый электродвигатель и (или) тяговый генератор реализован бескорпусными, и (или) с полым ротором, и (или) с внешним ротором, и (или) с дисковым ротором и аксиальным магнитным потоком, и (или) со встроенным контроллером, и (или) с максимальной скоростью вращения ротора не менее 10000 об/мин;
- трансмиссия выполнена электромеханической и дополнительно оснащена по меньшей мере одним механическим тормозом, обеспечивающим возможность поглощения энергии торможения самоходной машины без ее передачи в ДВС и (или) в состав трансмиссии входит тормозной резистор, приспособленный для поглощения энергии торможения самоходной машины в генераторном режиме работы по меньшей мере одного тягового электродвигателя и имеющий систему охлаждения, объединенную с системой охлаждения силовой части системы управления;
- функциональное оборудование является оборудованием установки взрывного разминирования, реализующей центробежный механический или комбинированный (центробежный механический и с помощью реактивных двигателей) способ доставки зарядов разминирования на минное поле и содержащей кассету с электрическим приводом ее вращательного движения вокруг горизонтальной оси, приспособленную для размещения и закрепления в ней заряда разминирования, и устройство отцепки заряда разминирования от кассеты, выполненное, в частности, с использованием электромагнита или пиропатрона, причем контроллер функционального оборудования реализован с возможностью формирования сигнала отцепки заряда разминирования от кассеты при достижении заданных величин угловой скорости и углового положения кассеты, при этом кассета дополнительно может быть оснащена реверсивным приводом для ее использования в качестве лебедки при подтягивании заряда разминирования на минное поле без движения самоходной машины задним ходом;
- функциональное оборудование является оборудованием установки взрывного разминирования и содержит пусковое устройство, кассету, приспособленную для размещения в ней заряда разминирования, пружинный или пневматический аккумулятор энергии, исполнительный механизм, выполненный с возможностью передачи накопленной в аккумуляторе энергии кассете с зарядом разминирования при его подаче на минное поле, а также устройство запуска исполнительного механизма, соединенное с системой управления и предназначенное для инициирования этой подачи, причем для накопления потенциальной энергии в пружине или энергии сжатого газа в пневматическом аккумуляторе используется электрический привод или компрессор;
- функциональное оборудование является оборудованием установки взрывного разминирования, реализующей способ доставки зарядов разминирования на минное поле с помощью реактивных двигателей (ракет), и содержит направляющие для пуска ракет и лебедку с электрическим или механическим приводом от ДВС, приспособленную для подтягивания зарядов разминирования на минное поле за тормозные канаты, прикрепленные к этим зарядам.
Если самоходная машина выполнена в виде установки разминирования, то указанный технический результат может быть достигнут также путем реализации заряда разминирования или кассеты, в которой он размещен, с пониженным аэродинамическимсопротивлением, и (или) с возможностью создания аэродинамической подъемной силы, и (или) с возможностью увеличения начальной кинетической энергии кассеты или заряда разминирования за счет утяжеления кассеты, всего заряда разминирования или его головной части. Для достижения этого же технического результата заряд разминирования может быть оснащен по меньшей мере одним электродвигателем с воздушным винтом, использующимся для управляемого перемещения заряда разминирования в точку минного поля с координатами, заданными системой управления, или между двумя точками минного поля с заданными координатами (если заряд разминирования выполнен удлиненным), причем для электрического питания электродвигателя используется электрический кабель или провод, соединяющий самоходную машину с зарядом разминирования, или аккумулятор, прикрепленный к этому заряду.
Указанные отличительные признаки независимых пунктов формулы группы изобретений относятся к объектам одного вида и одинакового назначения - к самоходным машинам, оснащенным защитой от поражающего воздействия огневых средств противника и предназначенным для выполнения задач в качестве средств боевого применения и средств обеспечения. Они направлены на получение одного и того же технического результата, а именно, на обеспечение возможности повышения уровня защиты самоходной машины от поражающего воздействия огневых средств противника без увеличения ее массы.
Совершенствование пассивной защиты самоходной машины подразумевает увеличение толщины и улучшение свойств брони, изменение формы броневого корпуса, установку противокумулятивных экранов и т.д., что приводит к увеличению ее массы. Установка активных средств защиты - систем оптико-электронного подавления, систем с отстреливаемыми (либо неотстреливаемыми) защитными зарядами и т.д., также увеличивает массу самоходной машины.
При этом возможности повышения массы самоходной машины ограничены требованиями к ее перевозке различными видами транспорта, в частности воздушным; грузоподъемностью постоянных и временно устанавливаемых мостов и переправ; расходом топлива и как следствие запасом хода; средним удельным давлением на грунт и, следовательно, проходимостью по мягким грунтам; необходимостью обеспечения заданных характеристик подвижности; материалоемкостью, влияющей на стоимость производства и эксплуатации и т.д.
По этим причинам реализация любого признака изобретения, обеспечивающего снижение массы какого-либо узла или агрегата самоходный машины, позволяет направить освободившейся резерв массы самоходной машины на реализацию или совершенствование пассивных и (или) активных средств ее защиты без превышения предельно допустимой общей массы самоходной машины и, соответственно, находится в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.
Отличительные признаки заявленной группы изобретений, кроме перераспределения массы самоходной машины в пользу средств пассивной и (или) активной защиты, позволяют также реализовать альтернативные способы повышения уровня ее пассивной и (или) активной защиты, обеспечивающие сохранение боеспособности самоходной машины после поражающего воздействия огневых средств противника, либо снижающие вероятность такого воздействия. В частности, уменьшение размеров самоходной машины позволяет увеличить толщину брони ее корпуса без увеличения массы машины, что повышает уровень ее пассивной защиты. Реализация отличительных признаков, позволяющих повысить живучесть самоходной машины, также приводит к повышению уровня ее защиты без увеличения массы, поскольку обеспечивает сохранения ее боеспособности при повреждении отдельных узлов и агрегатов в результате воздействия огневых средств противника.
Отличительные признаки, характеризующиеся возможностью демонтажа броневой защиты отсека для размещения экипажа (бронекапсулы) в режиме дистанционного управления обеспечивают возможность повышения уровня защиты самоходной машины путем снижения уровня защиты отсека для экипажа и перераспределения средств активной и (или) пассивной защиты в пользу узлов и агрегатов самоходной машины, использующихся в режиме дистанционного управления.
Реализация электромеханической трансмиссии и колесно-гусеничной ходовой части с размещением тяговых электродвигателей в опорных катках приводит к освобождению части заброневого пространства и к соответствующему уменьшению размеров самоходной машины и вероятности ее поражения, а также к повышению живучести самоходной машины за счет сохранения ее боеспособности при повреждении отдельных тяговых электродвигателей (опорных катков), что обеспечивает повышение уровня защиты самоходной машины без увеличения ее массы.
Реализация признаков изобретения, согласно которым достигается воздухонезависимость работы самоходной машины с электромеханической трансмиссией с реализацией возможности ее движения по дну водной преграды (водоема, реки) с соответствующим исключением требований к ее плавучести, позволяет повысить уровень защиты машины без увеличения ее массы путем уменьшения водоизмещения и размеров корпуса машины. Машина с меньшими размерами при равной массе может иметь корпус с увеличенной толщиной брони, что повышает уровень ее пассивной защиты.
Признаки изобретения, характеризующиеся установкой в кормовой части машины водометов с направляющими аппаратами, обеспечивающими изменение направления выброса струи в двух плоскостях, в сочетании с применением соответствующей системы управления с датчиками наклона, позволяют самоходной машине любых размеров сохранять горизонтальное положение при ее движении по неровной поверхности, что открывает возможность уменьшения размеров машины при заданных требованиях к ее проходимости и соответствующего достижения необходимого технического результата по указанным выше причинам.
Установка водооткачивающего средства с одновременной реализацией корпуса машины, не обладающего полной водонепроницаемостью, позволяет упростить конструкцию этого корпуса и уменьшить массу уплотнительных устройств. В этом случае защита машины может быть улучшена без увеличения ее массы за счет того, что средства защиты могут иметь массу, увеличенную на величину разности масс уплотнительных устройств и водооткачивающего средства.
Реализация признака, согласно которому водомет используется как в качестве водоходного движителя, так и для откачки воды из корпуса самоходной машины, также открывает возможность увеличения массы средств пассивной и (или) активной защиты при сохранении массы машины, поскольку масса водооткачивающего средства заведомо меньше массы обратного клапана, соединяющего внутреннее пространство корпуса с водоводом водомета.
Выполнение обмоток электрических машин и силовых шин электромеханической трансмиссии из алюминия или алюминиевого сплава позволяет уменьшить массу трансмиссии, поскольку алюминиевые проводники легче медных в 2,17 раза при том же электрическом сопротивлении. Уменьшение массы трансмиссии позволяет увеличить массу средств защиты и, соответственно, уровень защиты машины без увеличения ее общей массы.
К этому же техническому результату и по этим же причинам приводит реализация отличительных признаков изобретения, характеризующихся применением преобразователя напряжения тяговой АКБ для питания системы управления без использования низковольтного генератора. Обусловлено это меньшей массой преобразователя напряжения по сравнению с низковольтным генератором.
Аналогичный результат и по тем же причинам достигается при реализации отличительных признаков следующего варианта изобретения, согласно которым из состава самоходной машины исключается стартер, а для запуска ДВС используется тяговый генератор, соединенный с контроллером тягового генератора, выполненным с возможностью обратимого преобразования напряжения.
Снижение массы трансмиссии и соответствующее увеличение массы средств защиты и уровня защиты машины достигается также при реализации признаков изобретения, предусматривающих применение более легкого высокоскоростного газотурбинного ДВС, а также облегченного ДВС, номинальная мощность которого меньше суммарной номинальной мощности тяговых электродвигателей. В последнем случае недостающая мощность, необходимая для движения машины, передается на тяговые электродвигатели от АКБ. Реализация такого технического решения оправдана в случае, если допустимо снижение запаса хода машины при ее движении с максимальной скоростью.
Снижение массы трансмиссии и соответствующее повышение массы средств защиты и уровня защиты самоходной машины без увеличения ее общей массы достигается также путем повышения удельной мощность электрических машин трансмиссии, что обеспечивается благодаря реализации отличительных признаков изобретения, согласно которым электрические машины трансмиссии, вместо традиционно использующихся на самоходных машинах электромашин с внутренним ротором и рубашкой охлаждения, выполнены бескорпусными, с полым ротором, с внешним ротором, с дисковым ротором и аксиальным магнитным потоком, со встроенным контроллером и (или) с максимальной скоростью вращения ротора не менее 10000 об/мин.
Существенную часть массы электромеханической трансмиссии составляет тормозной резистор, предназначенный для поглощения энергии торможения самоходной машины и традиционно реализуемый в виде отдельного блока с собственной системой охлаждения. С целью снижения массы трансмиссии, согласно следующим отличительным признакам изобретения, этот резистор исключен из состава трансмиссии, а для поглощения энергии торможения самоходной машины используются механические тормоза. Поглощение энергии торможения может быть осуществлено без передачи этой энергии в ДВС, благодаря чему исключается необходимость реализации обратимого контроллера (преобразователя) тягового генератора с соответствующим сокращением его массы, что также обеспечивает достижение указанного технического результата.
Сокращение массы тормозного резистора и достижение этого технического результата может быть достигнуто также в случае исключения отдельного блока тормозного резистора с его системой охлаждения путем конструктивного объединения этого резистора с силовой частью и системой охлаждения системы управления.
Если самоходная машина выполнена в виде установки разминирования, действующей по принципу доставки на минное поле и подрыва зарядов разминирования, в частности удлиненных, то существенное повышение уровня защиты самоходной машины от поражающего воздействия огневых средств противника без увеличения ее массы возможно путем применения механических способов доставки заряда на минное поле взамен традиционного способа доставки с помощью реактивных двигателей.
В данном случае указанный технический результат достигается за счет реализации отличительных признаков, предусматривающих исключение массивных реактивных двигателей, что позволяет усилить пассивную и (или) активную защиту самоходной машины, а также снизить вероятность ее поражения ответным огнем противника благодаря исключению демаскировки позиции самоходной машины, обусловленную пуском этих ракет (пламя, дым, сильный звук).
Реализация признаков установки взрывного разминирования с использованием центробежного механического способа доставки зарядов разминирования на минное поле предполагает применение кассеты с электрическим приводом ее вращательного движения вокруг горизонтальной оси, в которой размещен и закреплен заряд разминирования, в частности удлиненный, а также устройство отцепки этого заряда от кассеты, выполненное, например, на основе электромагнита или пиропатрона. Контроллер функционального оборудования, входящий в состав системы управления машины, обеспечивает формирования сигнала отцепки заряда разминирования от кассеты при достижении заданных величин угловой скорости и углового положения кассеты.
Кассета может быть оснащена реверсивным приводом для ее использования в качестве лебедки для подтягивании заряда разминирования на минное поле за тормозной канат без движения машины задним ходом. Это позволяет сохранить маскировку позиции машины после пуска заряда разминирования и уменьшает вероятность ее поражения ответным огнем противника, обеспечивая повышение уровня защиты машины.
В случае, если в функциональном оборудовании установки разминирования, реализующем центробежный механический способ доставки зарядов разминирования на минное поле, дополнительно используются реактивные двигатели (ракеты), т.е. в случае реализации комбинированного способа доставки зарядов на минного поле, указанный технический результат достигается как за счет снижения массы ракет, которые могут иметь меньшую продолжительность работы или меньшее тяговое усилие, так и за счет снижения демаскировки позиции машины при пуске ракет, поскольку запуск осуществляется не в начальной, а в средней части траектории движения заряда разминирования на минное поле.
Этот же технический результат и по этим же причинам достигается при реализации следующего варианта изобретения, в котором доставка зарядов разминирования на минное поле осуществляется также без применения реактивных двигателей с использованием потенциальной энергии пружины или энергии сжатого газа в пневматическом аккумуляторе, обеспечивает достижение указанного.
При использовании механического способа доставки заряда разминирования на минное поле конструкция этого заряда или кассеты, в которой он размещен, может быть реализована из условия снижения их аэродинамического сопротивления, создания аэродинамической подъемной силы и (или) увеличения начальной кинетической энергии заряда за счет утяжеления всего заряда разминирования, его головной масти или кассеты. Возможно также оснащение заряда разминирования или кассеты, в которой он размещен, одним или несколькими электродвигателями с воздушными винтами, обеспечивающими управляемое перемещения заряда разминирования или кассеты с ним в точку минного поля с координатами, заданными системой управления.
Если самоходная машина выполнена в виде установки разминирования, действующей по традиционному принципу доставки зарядов разминирования на минное поле с помощью реактивных двигателей (ракет), то реализация отличительных признаков последнего варианта изобретения, предусматривающих оснащение самоходной машины лебедкой с электрическим или механическим приводом от ДВС, приспособленной для подтягивания зарядов разминирования на минное поле за тормозные канаты, прикрепленные к этим зарядам, обеспечивает повышения уровня защиты самоходной машины за счет снижения вероятности ее поражения ответным огнем противника благодаря тому, что подтягивание зарядов разминирования осуществляется без движения самоходной машины задним ходом, т.е. при сохранении ее позиции и маскировки.
На самоходной машине могут быть одновременно реализованы отличительные признаки ее различных вариантов, описанных в формуле группы изобретений, поскольку они образуют единый изобретательский замысел. При этом одновременная реализация признаков нескольких изобретений из этой группы обеспечивает более существенные возможности повышения уровня защиты самоходной машины от поражающего воздействия огневых средств противника без увеличения ее массы.
Техническая сущность и принцип действия предложенных вариантов самоходной машины поясняются чертежом, на котором в качестве примера осуществления заявляемых изобретений показана упрощенная функциональная схема самоходной машины с электромеханической трансмиссией.
Роль первичного источника энергии на самоходной машине, которая в тексте именуется также «машиной», выполняет ДВС 1 с обслуживающими системами питания топливом и воздухом, смазки, охлаждения, подогрева и запуска, соединенный с тяговым генератором 2 непосредственно или через согласующее или передаточное устройство - механическую упругую, упруго-деформируемую или компенсирующую муфту, карданный вал, механический раздаточный редуктор (мультипликатор), ременную или цепную передачу и т.п.
Электромеханическая трансмиссия может именоваться также электрической трансмиссией. Ее тяговый генератор может быть реактивным вентильно-индукторным, асинхронным, синхронным с постоянными магнитами на роторе, с обмоткой возбуждения и т.д. Он преобразует основную часть механической энергии ДВС в электрическую энергию, которая используется для передвижения машины, работы функционального оборудования, электрического питания вспомогательных устройств (отопления и вентиляции кабины, рабочего освещения), систем контроля и управления машиной и т.д. Трансмиссия может содержать один, два 3, 4 или более тяговых электродвигателей. Они могут быть вентильно-индукторными, синхронными с постоянными магнитами, асинхронными и т.д.
Электрические машины трансмиссии, вместо традиционно использующихся на самоходных машинах электромашин с внутренним ротором и рубашкой охлаждения, с целью снижения их массы, могут быть выполнены бескорпусными, с полым ротором, с внешним ротором, с дисковым ротором и аксиальным магнитным потоком, со встроенным контроллером и (или) с максимальной скоростью вращения ротора не менее 10000 об/мин.
В состав трансмиссии входят также передаточные устройства - бортовые редукторы 5, 6, карданные валы, муфты и т.д., через которые выходные валы тяговых электродвигателей 3, 4 соединены с ведущими звездочками или ведущими колесами 7, 8 гусеничной, колесной или колесно-гусеничной ходовой части машины.
Между тяговыми электродвигателями 3, 4 и бортовыми редукторами могут быть установлены механические тормоза 9, 10, используемые для поглощения энергии торможения машины, в качестве рабочих или стояночных тормозов.
Если электромеханическая трансмиссия реализована с одним тяговым электродвигателем, то для обеспечения возможности поворота машины передаточные устройства кроме бортовых редукторов 5, 6 дополнительно содержат главную передачу, бортовые фрикционы и тормоза 9, 10.
Возможна также реализация механической трансмиссии. В этом случае ДВС связан с бортовыми редукторами через коробку передач с персональными фрикционами или через муфту сцепления и коробку передач, а также через главную передачу и бортовые фрикционы. При реализации гидромеханической трансмиссии в силовой передаче дополнительно используется гидротрансформатор.
В качестве несущей системы машины используется ее закрытый или открытый корпус каркасного или бескаркасного типа. В частности, несущий корпус, который служит для размещения и защиты экипажа, личного состава и раненых, а также агрегатов, механизмов и систем машины и ее функционального оборудования. Для достижения требуемой степени защищенности в условиях ограничений по массе корпус может быть выполнен из легких броневых сплавов.
Водоизмещение корпуса может обеспечивать поддержание машины на плаву в надводном положении. Если машина реализована воздухонезависимой с возможностью передвижения по дну водной преграды, то ее положительная плавучесть не требуется.
Возможна также реализация машины с рамным, полу-рамным или безрамным остовом - с основанием, к которому крепят все агрегаты и механизмы машины, в том числе ее корпус, кузов и т.п.
Если система управления предусматривает возможность как экипажного, так и дистанционного управления машиной, то броневая защита отсека для размещения экипажа (бронекапсула), может быть выполнена с возможностью ее демонтажа при изменении режима управления с экипажного на дистанционный и мажет быть использована для усиления защиты других узлов и агрегатов машины. В частности в разобранном виде в качестве дополнительной навесной брони.
Движение машины на плаву может обеспечиваться за счет перематывания гусениц или вращения ведущих колес. Для повышения скорости движения на воде возможно также применение водоходного движителя, например, водометов, установленных в кормовой части машины. Каждый из них состоит из водозаборной трубы, выходной трубы со спрямляющим аппаратом и рабочего колеса. Водометы могут быть оборудованы рулями управления с направляющими аппаратами, обеспечивающими изменение направления выброса струи в двух плоскостях - вектора тяги.
Привод водометов может быть от тяговых электродвигателей 3, 4 с использованием механических передач и муфт, непосредственно от ДВС, от гусеничного или колесного движителя или от дополнительно установленного электродвигателя (электродвигателей).
Машина может быть оснащена водооткачивающим средством, содержащим, в частности, отсечной клапан, водозаборную трубу с обратным клапаном, механический, пневматический, или гидравлический привод от ДВС, либо электромеханический привод. В качестве водооткачивающего средства может использоваться водомет. В этом случае в нижней части корпуса машины установлен обратный клапан, соединяющий нижнюю часть внутреннего пространства корпуса с водоводом (водозаборной трубой) водомета.
Если машина выполнена плавающей, то на нее устанавливается также водоотражательный (волноотражательный) щит (щиток).
Для управления этими устройствами используются соответствующие исполнительные механизмы, в частности, электромеханические.
Воздухонезависимость машины, не обладающей плавучестью, при ее движении по дну водной преграды обеспечивается при использовании АКБ в качестве источника энергии для тяговых электродвигателей и электрического питания системы управления. Осуществляется также переключения режима работы системы охлаждения электрических машин трансмиссии и силовой части системы управления. Контур их жидкостного охлаждения отключается от воздушного радиатора, а циркуляционный насос этого контура переключается на прокачку забортной воды через систему охлаждения.
Функциональное оборудование машины 11, которое может именоваться рабочим оборудованием, полезной нагрузкой и т.д., может быть комплексом вооружения, пусковым оборудованием установки взрывного разминирования, оборудованием для тушения пожаров, грузоподъемным механизмом, оборудованием для копания и перемещения грунта и т.д. Привод функционального оборудования может быть электрическим (от дополнительного электродвигателя), механическим, в том числе от ДВС, гидравлическим или пневматическим.
Функциональное оборудование машины, являющейся самоходной установкой разминирования, может быть выполнено с использованием центробежного механического способа доставки зарядов разминирования на минное поле. В этом случае заряд разминирования размещен и закреплен в кассете с электрическим приводом ее вращательного движения. Дополнительно используется устройство отцепки заряда разминирования (его передней части) от кассеты. Если заряд разминирования выполнен удлиненным, то он может быть намотан на внутреннюю втулку кассеты (барабана). Электродвигатель привода кассеты может быть реализован с внешним ротором и размещен внутри втулки (кассеты, барабана). В случае необходимости используется повышающий или понижающий редуктор. Возможно также применение для привода кассеты тягового электродвигателя трансмиссии, соединенного с валом этой кассеты через механическую передачу и муфту.
В функциональном оборудовании установки разминирования может быть также использован комбинированный способ доставки зарядов разминирования на минное поле, а именно, одновременно центробежный механический и с помощью реактивных двигателей (ракет). В этом случае заряд разминирования с прикрепленной к нему ракетой подается на минное поле механическим центробежным способом. Затем, в промежуточной точке траектории движения заряда, осуществляется запуск реактивного двигателя. Сигнал запуска подается по кабелю, соединяющему заряд разминирования с машиной, либо дистанционно.
Устройство отцепки заряда разминирования от кассеты выполнено с использованием электромагнита или пиропатрона. В простейшем случае оно может быть выполнено в виде металлического элемента, удерживающего заряд. При подаче импульса тока на этот элемент происходит его разогрев, потеря прочности и отцепка заряда разминирования от кассеты. Срабатывание устройства отцепки осуществляется по сигналу системы управления при достижении кассеты с зарядом разминирования заданных величин угловой скорости и углового положения кассеты.
Если заряд разминирования выполнен удлиненным и содержит тормозной канат, то привод кассеты выполняется реверсивным и обеспечивает возможность подтягивания заряда разминирования на минное поле без движения самоходной машины задним ходом.
Возможна реализация функционального оборудования установки разминирования, использующего для доставки заряда разминирования на минное поле потенциальную энергию пружины любой формы и любого вида - пружины сжатия, растяжения-сжатия, изгиба или кручения (торсионной или витой), либо энергии сжатого газа в пневматическом аккумуляторе.
В этом случае функциональное оборудование содержит кассету с зарядом разминирования, пружинный или пневматический аккумулятор энергии, исполнительный механизм, выполненный в виде пневматического цилиндра, механического фиксирующего и направляющего устройства и т.д., обеспечивающий передачу накопленной энергии кассете с зарядом разминирования при его подаче на минное поле. Для инициирования этой передачи используется устройство запуска исполнительного механизма, реализованное на основе пиропатрона, электромагнита и т.п.
Для накопления потенциальной энергии в пружине или энергии сжатого газа в пневматическом аккумуляторе используется электрический привод или компрессор.
Кассета, с целью уменьшения энергии, необходимой для доставки заряда разминирования, и (или) дальности его подачи на минное поле, может быть выполнена специальной формы - с пониженным аэродинамическим сопротивлением или с обеспечением аэродинамической подъемной силы.
Возможно также утяжеление кассеты для увеличения ее начальной кинетической энергии и дальности подачи заряда.
Принципиально возможна доставка заряда разминирования в точку минного поля с заданными координатами, а если заряд разминирования выполнен удлиненным, то между двумя точками минного поля с заданными координатами, в том числе не находящимися на одной линии с установкой разминирования. В этом случае заряд разминирования оснащается в общем случае несколькими электродвигателями с воздушными винтами (складывающимися до момента пуска заряда), размещенными как на головной части заряда разминирования, так на его средней и конечной частях. Для электрического питания электродвигателей используются провод, соединяющий самоходную машину с зарядом разминирования, или аккумулятор, прикрепленный к этому заряду. При этом система управления или отдельный контроллер, размещенный на заряде разминирования, должен определять местоположение заряда или получать эту информацию от установки разминирования, реализовывать функции баллистического вычислителя и управлять вектором тяги каждого электродвигателя с воздушным винтом.
Если заряды разминирования имеют тормозной канат, использующийся для подтягивания заряда на минное поле, то самоходная машина, независимо от способа доставки этого заряда, может быть оснащена лебедкой с электрическим или механическим приводом от ДВС, обеспечивающую это подтягивание без движения самоходной машины задним ходом. Наличие такой лебедки особенно важно при пуске зарядов разминирования на плаву, когда водоходный движитель машины не всегда может обеспечить тяговое усилие, достаточное для подтягивания заряда на минное поле.
Система управления машины, которая может именоваться также системой электрооборудования, системой контроля и управления и т.п., в общем случае включает в себя высоковольтную и низковольтную части и содержит один или несколько контроллеров. В частности, главный (ведущий) контроллер, контроллер ДВС 12, контроллер генератора 13, выполненный в виде силового выпрямителя или силового электронного коммутатора или инвертора с соответствующей схемой управления, один или несколько контроллеров тяговых электродвигателей 14, 15, контроллер функционального оборудования 16 и т.д.
Контроллеры осуществляют управление потоками электрической энергии (коммутацию, подключение, отключение) и, в случае необходимости, ее преобразование. Они могут быть реализованы с использованием дискретных электронных компонентов, микросхем различной степени интеграции, а также микроконтроллеров (микропроцессоров, цифровых сигнальных процессоров). В зависимости от назначения и конструктивного исполнения контроллеры могут именоваться также блоками управления, управляющими устройствами, коммутаторами, силовыми электронными преобразователями, инверторами, блоками входов и нагрузок, информационно-управляющими блоками или устройствами и т.д.
Контроллер ДВС 12 реализует функции управления и защиты ДВС 1.
Контроллер генератора 13 может иметь упрощенную конструкцию и содержать только выпрямитель, передающий электрическую энергию генератора 2 на силовые шины постоянного тока 17. В этом случае стабилизация выходного напряжения генератора осуществляется путем изменения угловой скорости ДВС.
К силовым шинам постоянного тока 17 может быть подключен накопитель энергии, выполненный в виде тяговой аккумуляторной батареи (АКБ) 18 и (или) конденсаторов, а также тормозной резистор с его контроллером, обеспечивающим подключение этого резистора к шине 17 при наличии перенапряжения на ней.
Контроллер генератора 13 может также содержать силовой электронный коммутатор, обеспечивающий стабилизацию и выпрямление выходного напряжения генератора. Например, если генератор выполнен вентильно-индукторным, то силовой электронный коммутатор, выполненный на основе силовых IGBT-модулей, соединенных по схеме асимметричного моста, осуществляет возбуждение генератора, а также выпрямление и стабилизацию его выходного напряжения, поступающего на шины постоянного тока 17. В этом случаях контроллер генератора 13 может осуществлять коммутацию обмоток генератора при его работе в режиме электродвигателя при запуске ДВС от АКБ 18 и при работе трансмиссии в режиме торможения машины двигателем.
Контроллеры 14, 15 тяговых электродвигателей 3, 4 (силовые электронные преобразователи), подключенные к шинам постоянного тока 17, быть реализованы по аналогичным схемам. Они предназначены для преобразования постоянного напряжения на этих шинах в многофазное переменное напряжение или однополярные импульсы, поступающие на фазные обмотки тяговых электродвигателей 3, 4, а также для их обратного преобразования в постоянное напряжение при работе этих электродвигателей в генераторном режиме при торможении машины.
Контроллеры могут именоваться также блоками управления, управляющими устройствами, блоками входов и нагрузок, информационно-управляющими блоками или устройствами и т.д.
В зависимости от выполняемых функций и требований к компоновке машины возможно раздельное исполнение контроллеров, а также их объединение в несколько блоков или в единый блок (контроллер, модуль, силовой шкаф и т.д.). Возможно также размещение в одном корпусе контроллера генератора 13 с генератором 2, а также размещение контроллеров тяговых электродвигателей 15, 15 в корпусах электродвигателей 3, 4.
Составные части системы управления (системы электрооборудования), в том числе ее контроллеры, связаны между собой мультиплексной линией передачи информационных сигналов 19, выполненной, предпочтительно, с использованием стандарта промышленной сети CAN (Controller Area Network - сеть контроллеров).
Функции ведущего контроллера (главного контроллера, контроллера верхнего уровня и т.д.) в системе управления может выполнять любой контроллер, показанный на чертеже. Возможно также применение отдельного ведущего контроллера.
Аппаратные и программные ресурсы системы управления, в том числе ее контроллеров (производительность их микропроцессоров, объем оперативной памяти и памяти программ, количество входных и выходных аналоговых и дискретных входов/выходов и т.д.) выбраны из условия реализации управления внутренними потребителями и переключения потоков энергии на машине, в том числе векторного управления тяговыми электродвигателями 3, 4, управления функциональным оборудованием 11, ДВС 1, тормозами 9, 10, функций защиты, диагностики и регистрации режимов работы составных частей машины, дистанционного управления и т.д.
Для формирования сигналов управления движением машины и ее функциональным оборудованием 11 в состав системы управления входят органы управления. Они включают в себя, в частности, аппарат управления движением машины (джойстик, рулевое колесо и т.п.), ключ запуска ДВС 1, джойстики или рычаги управления функциональным оборудованием, клавишные и кнопочные переключатели, рукоятку управления подачей топлива, педали тормоза и акселератора и (или) десселератора, органы управления микроклиматом в кабине машины и т.д. Информационные сигналы и сигналы управления передаются непосредственно на другие составные части системы управления (по отдельным проводам), по шине CAN или через главный (ведущий) контроллер.
Для отображения параметров работы машины и ее функционального оборудования, а также аварийных и предупредительных звуковых и световых сигналов для оператора, в состав системы управления входит панель приборов (блок индикации, устройство отображения информации и т.п.) или автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора или двух операторов (командира, механика-водителя, наводчика и т.п.).
В состав панели оператора или АРМ входят также органы управления движением машины (джойстики или штурвал для поворота машины на суше и на плаву), органы управления ДВС, функциональным оборудованием 11, водооткачивающим средством, водоотражательным щитом, световыми приборами и т.д.
Электрическое питание низковольтной части системы управления и приборов низковольтного оборудования (освещения, звуковой сигнализации и т.д.) может осуществляться от низковольтной АКБ, заряжаемой от низковольтного генератора, соединенного с ДВС, или от преобразователя напряжения тяговой АКБ.
В состав системы управления входят также бортовые датчики рабочих параметров трансмиссии, функционального оборудования, ДВС и водоходного движителя, датчики углов продольного и поперечного наклона машины. Самоходная машина может также содержать акселерометры и гироскопы бесплатформенной системы инерциальной навигации, ультразвуковые, стерео-визуальные, курсо-одометрические, радиолокационные, магнитометрические датчики, приемники глобальной спутниковой навигации, средства проводной или беспроводной связи со стационарным постом управления для реализации дистанционного управления машиной и другие устройства, условно не показанные на чертеже.
Предложенная самоходная машина работает следующим образом.
Оператор при помощи органов управления осуществляет запуск ДВС и задает рабочую скорость и направление движения машины.
ДВС приводит во вращение ротор тягового генератора 2. Контроллер генератора 13 осуществляет выпрямление и стабилизацию напряжения на силовых шинах 17, осуществляя управление генератором 2, контроллером ДВС 12 и, при необходимости, преобразование выходного напряжения генератора. Напряжение с силовых шин 17 поступает на контроллеры 14, 15 тяговых электродвигателей 3,4.
Главный контроллер (ведущий контроллер, контроллер верхнего уровня) в зависимости от сигналов с органов управления и датчиков параметров работы отдельных агрегатов машины и ее функционального оборудования осуществляет координацию работы всех составных частей системы управления машины, в том числе ее контроллеров.
Контроллеры получают сигналы управления от главного (ведущего, системного) контроллера по сети CAN 19, а также, в случае необходимости (например, в аварийных режимах работы машины), непосредственно от органов управления или от других составных частей системы управления.
Алгоритмы управления предварительно определяются расчетным или экспериментальным путем, записываются в память контроллеров и далее программно реализуются микроконтроллерами, входящим в их состав.
Контроллеры тяговых электродвигателей 14, 15 преобразуют напряжение постоянного тока на силовых шинах 17 в переменное напряжение или в однополярные импульсы регулируемой частоты и скважности, поступающие на фазные обмотки тяговых электродвигателей 3, 4. Крутящий момент, создаваемый тяговыми электродвигателями, непосредственно или через дополнительные передаточные устройства (муфты, торсионы, бортовые редукторы 5, 6 предается на ведущие колеса или звездочки 7, 8 ходовой части машины, в результате чего осуществляется движение машины в соответствии с направлением и скоростью, заданными оператором.
Одновременно система управления с помощью бортовых датчиков осуществляет контроль рабочих режимов узлов и агрегатов и обеспечивает их защиту от аварийных режимов путем передачи аварийных сигналов отключения на соответствующие контроллеры и формирования предупреждающих информационных сигналов, поступающих оператору машины или на внешний пост дистанционного управления через средство связи.
Например, если при движении машины ее крен или дифферент превысят максимально допустимые значения, то система управления после обработки сигналов датчиков продольного и поперечного наклона машины, входящих в состав бортовых датчиков, формирует сигналы аварийной остановки машины. Если машина движется на плаву или по дну водной преграды, то стабилизация ее положения дополнительно осуществляется путем изменения скорости и направления выброса струй воды водометов.
При движении машины в автономном режиме, в том числе по дну водной преграды, контроллер или группа контроллеров осуществляют отслеживание окружающей обстановки и (или) определяют текущее местоположение машины путем обработки выходных сигналов бортовых датчиков, а также реализуют алгоритмы автоматизированного и (или) дистанционного управления движением машины в обход препятствий, выявленных системой управления машины.
При потере связи в режиме дистанционного управления, а также при невозможности достижения конечной точки маршрута при работе в автономном режиме, система управления реализует автоматический возврат машины в начальную точку траектории ее движения по ранее пройденному пути.
При наличии воды в корпусе машины, выявляемой соответствующим датчиком, контроллер водооткачивающего устройства (помпы) осуществляет формирование и передачу по шине CAN сигнала автоматического включение его привода.
При торможении машины тяговые электродвигатели работают в генераторном режиме. Энергия торможения с этих электродвигателей через контроллеры 14 и (или) 15 передается на силовые шины 17 и в накопитель энергии - в АКБ 18 (если он установлен на машине), в ДВС через контроллер генератора 13 и генератор 2, работающий в этом случае в двигательном режиме, а также, в случае необходимости, рассеивается в тормозном резисторе.
После выхода самоходной машины на исходную позицию, она по команде оператора приступает к работе в качестве средства боевого применения или средства обеспечения. Особенности этой работы определяются функциональным оборудованием.
Если машина выполнена в виде установки разминирования, то после определения места для проделывания прохода в минном поле оператор дистанционного управления или оператор-наводчик переводит пусковое оборудование из походного положения в рабочее. При этом с помощью электромеханического, электрогидравлического или гидравлического привода открываются люки (крышки) корпуса.
Если реализован принцип доставки зарядов разминирования на минное поле с помощью реактивных двигателей, то направляющие пусковой установки выдвигаются (поднимаются) из корпуса и занимают рабочее положение с нужным углом возвышения.
Далее под управлением оператора производится прицеливание и пуск заряда разминирования. Ракета сходит с направляющей и летит по баллистической траектории, вытягивая за собой гибкий заряд разминирования. После того, как ракета с зарядом удаляется от установки на длину, определяемой длиной тормозного каната, происходит падение заряда на минное поле и отсечка реактивного (ракетного) двигателя. Оператор или механик-водитель подает машину назад для выравнивания заряда разминирования в прямую линию или подтягивания его на минное поле. После этого подается команда на подрыв заряда и отстрел тормозного каната. После окончания данного цикла становится возможной перезарядка пускового устройства и пуск второго заряда.
Обезвреживание мин происходит в результате срабатывания их собственных взрывателей под действием ударной волны, образующейся при взрыве удлиненного заряда разминирования. Мины, защищенные от подрыва взрывом, выбрасываются за пределы разминированного прохода.
Если самоходная машина оборудована лебедкой, то подтягивание заряда на минное поле осуществляется с ее помощью. Движение машины задним ходом не требуется.
При использовании центробежного механического способа доставки заряда на минное поле предварительно осуществляется придание кассете с зарядом разминирования необходимой угловой скорости вращения. После чего по команде оператора в нужном угловом положении кассеты происходит отцепка головной части заряда от кассеты и далее процесс работы установки разминирования происходит аналогичным образом.
Если доставка заряда на минное поле осуществляется с использованием потенциальной энергии пружины или энергии сжатого газа, то предварительно с помощью электропривода или компрессора осуществляется накопление энергии, необходимой для доставки кассеты с зарядом разминирования на минное поле.
При прицеливании кассета с зарядом разминирования устанавливается в нужное пространственное положение. Далее устройство запуска по команде оператора приводит в действие исполнительный механизм (пневмоцилиндр, механическое удерживающее и направляющее устройство и т.д.), в результате чего осуществляет высвобождение этой энергии и ее передача кассете с зарядом разминирования. После падение кассеты на минное поле с помощью тормозного каната осуществляется вытягивание заряда разминирования из кассеты на минное поле и его подрыв.
Если заряд разминирования оснащен одним или несколькими электродвигателями с воздушными винтами, обеспечивающими перемещения заряда разминирования в точки на минном поле с координатами, заданными системой управления, то вытягивание заряда разминирования из кассеты происходит во время его доставки (при движении по баллистической траектории). Включение электродвигателей осуществляется после выхода заряда разминирования из кассеты.
Описание работы другого функционального оборудования (грузоподъемного оборудования, комплекса вооружения, оборудования для копания и перемещения грунта и т.д.), которое может быть установлено на самоходной машине, понятно из научно-технической литературы и в его приведении настоящем описании нет необходимости.
Для специалистов в данной области техники также понятно, что кроме описанных вариантов самоходной машины, оснащенной пассивной и/или активной защитой от поражающего воздействия огневых средств противника, возможны также иные варианты ее реализации на основе признаков, изложенных в формуле группы изобретений.