Влияние глубины водоема на скорость плавания военно-плавающих машин, состоящих на вооружении во вьетнамской армии



На основе теоретических данных плавающей машины, фундаментальных законов механики авторы представляют сравнительно-расчетную оценку влияния глубины водоема на среднюю скорость плавания военно-плавающих машин, состоящих на вооружении во вьетнамской армии.

Ключевые слова: плавающая машина, динамика плавающей машины, характеристики потока, способность преодоления водных преград

1. Содержание иметоды

Когда машина плавает под водой, скорость плавания зависит от разных факторов например, вектор скорости течения воды, глубина водоема. Плавающие военные машины имеют различные внешние формы, поэтому при их плавании по разным участкам, имеющим разные глубины водоема то их скорость плавания меняется [4]. В рамках статьи авторы приводят сравнительно-расчетные оценки степени влияния глубины водоема на скорость плавания плавающих легких танков ПТ-76 и БТР-60 ПБ. В результате этого показывать их изменение скорости плавания в процентах при плавании по различным участкам водоема, имеющим разные глубины.

Для составления уравнений движения плавающей машины воспользуемся принципом Д'Аламбера согласно которому, если к заданным силам, действующим на точки механической системы, и реакциям наложенных связей присоединить силы инерции, то получится уравновешенная система сил.

где:

m — масса плавающей машины;

λ₁ — присоединенная масса при движении по оси Х;

λ₂ — присоединенная масса при движении по оси У;

V_x — проекция скорости плавающей машины на ось X;

V_y — проекция скорости плавающей машины на ось Y;

ω — угловая скорость плавающей машины;

I — момент инерции плавающей машины относительно оси Z;

λ₃ — момент инерции присоединенных масс относительно оси Z;

R_x — продольная гидродинамическая сила на корпусе;

R_y — поперечная гидродинамическая сила на корпусе;

Р_е — сила тяги водоходного движения;

Р_{рx —} продольная сила давления воды на руль водоходного движения;

Р_ру — поперечная сила давления воды на руль водоходного движения;

А_х — продольная аэродинамическая сила;

А_у — поперечная аэродинамическая сила;

M_R — момент гидродинамической силы на корпусе;

М_Р — момент поперечной силы руля;

М_А— момент аэродинамической силы.

С целью сравнения характеристик водоходных качеств плавающих машин при их плавании с неизменяемой скоростью через разные глубины водоема, поэтому для простоты задач мы рассмотрим прямо-плавающее движение машины по оси OX, т. е. рассматривать только уравнение (1) выражения выше.

Согласно [2], решение уравнения (1) с учетом коэффициента сопротивления, зависящий от глубины воды имеет вид:

где:

V — скорости плавающей машины, м/с;

R — сила сопротивления воды, H;

р — плотность воды, кгс/м³;

g — ускорения силы тяжести, м/с²;

k₁, k₂, k₃, k₄ — параметры характеристики, зависящие от типа водоходного движения машины (зависит от каждой машины);

K_h — коэффициент сопротивления, зависящий от глубины воды.

Коэффициент сопротивления движения на плаву по глубине водоема определяется по выражению [4]:

где:

с = 0,85 для колесных машин с зависимой подвеской;

с = 0,42 ÷ 0,45 для колесных машин с независимой подвеской;

с = 0,65 ÷ 0,7 для гусеничных машин.

Выражение (4) можно переписать в виде:

Рассматривается равномерное движение на плаву, когда сила сопротивления плаву равна силе тяги водоходного движителя Р_д.

Уравнение (5) можно записать:

(6)

При глубине водоема h = h₀ была получена скорость плава V = V₀, тогда при h = h_i скорость плава должна быть V = V_i,

тогда (6) можно записать:

(7)

(8)

Из (7) и (8) имеет:

(9)

(10)

2. Пример сравнительно-расчетной оценки влияния глубины водоема на скорость плавания машины ПТ-76 иБТР-60ПБ

Некоторые технические параметры машины ПТ-76 и БТР-60ПБ

Таблица 1

Наименование, размерность	Обозначение	Изделие		Примечание
		БТР-60ПБ	ПТ-76
Масса, кг	Gизд	10,3	14
Угол дифферента, град	Ѱ	20 15'	10 35'
Угол крена, град	Ѳ	20 5'	10 55'
Мак. скорость плава, км/ч	V	9	10
Глубина водоема, м	h	до 30	до 30
Осадка, м	Т0	0,9	1,109
Водонепроницаемый объем корпуса, м3	VН	20,89	23,9
Объемное водоизмещение машины, м3	VМ	15,86	21,57
Запас плавучести, %	Kз.п	30,1	23
Площадь поперечного сечения подводной части машины, мм	S	3,13.106	3,8.106

Зависимость коэффициента сопротивления движению машины БТР-60ПБ от глубины водоема.

Таблица 2

h [м]	2	3	4	5	10	30
Кh	0.2570	0.2196	0.2023	0.1923	0.1856	0.1720

Рис 1. Зависимость коэффициента сопротивления движению машины БТР-60ПБ от глубины водоема

Зависимость коэффициента сопротивления движению машины ПТ-76 от глубины водоема.

Таблица 3

h [м]	2	3	4	5	10	30
Кh	0.4547	0.3727	0.3364	0.3157	0.2756	0.2456

Рис. 2. Зависимость коэффициента сопротивления движению машины ПТ-76 от глубины водоема

Теперь мы посмотрим изменение скорости, когда машина плавает через разные глубины.

Изменение скорости плава БТР-60ПБ в зависимости от глубины водоема h.

Таблица 4

h [м]	2	3	4	5	10	30
Vi [км/ч]	7.09	7.67	8	8.2	8.35	8.67

Рис. 3. Изменение скорости плава БТР-60ПБ в зависимости от глубины водоема

Изменение скорости плава ПТ-76 в зависимости от глубины водоема h.

Таблица 5

h [м]	2	3	4	5	10	30
Vi [км/ч]	11.1	12.25	12.89	13.31	14.25	15.01

Рис. 4. Изменение скорости плава ПТ-76 в зависимости от глубины водоема

На основе выражения (5) строится график зависимости скорости плавания машины ПТ-76 от сопротивления движения при различных глубинах водоема.

Рис. 5. График зависимости скорости плавания от сопротивления движения с учетом глубины водоема h

3. Обсуждение

На рис. 1 и 2 мы видим, что коэффициент сопротивления движения изменяется по глубине реки. В рамках рассматриваемой глубины чем меньше глубина водоема, тем больше сопротивление движению на плаву и наоборот.

Сила сопротивления движения машины ПТ-76 больше БТР-60ПБ объясняется площадь поперечного сечения ПТ-76 погружена в воду больше чем БТР-60ПБ.

На рис. 3 и 4 видно, что изменение скорости плава машин зависит от глубины водоема. Чем больше глубины водоема, тем меньше изменения скорости плавания.

Изменения средней скорости машины БТР-60ПБ составляет 22 %, а машины РT-76–35 % показывает, что качество динамического плавания по глубине машины БТР-60ПБ лучше, чем машины ПТ-76, хотя скорость плавания машины РT-76 больше, чем скорость плавания машины БТР-60ПБ. Значит, возможно осуществить усовершенствование подводной части машины ПТ-76, чтобы улучшить гидродинамическую форму транспортного средства, тем самым снижая сопротивление движения на плаву.

На рис. 5 видно, что чем больше глубина водоема, тем выше скорость и ускорение плавания машины.

Литература:

1. Đinh Sơn Hùng (1993), Các phương tiện vượt sông, Tập 3, Học viện KTQS.
2. Nguyễn Thế Mạnh, Đinh Văn Kiên (2015), Nghiên cứu và đề xuất giải pháp nâng cao độ nổi dự trữ cho xe tăng bơi PT-76. Đề tài nghiên cứu cấp trường, Học viện KTQS.
3. А. М. Басин, В. Н. Анфимов, Гидродинамика Судна, Ленинград, 1961.
4. Степанов А. П., Конструирование и расчет плавающих машин, Машиностроение 1983.