高速行走两汉车设计

高速行走两汉车设计

1高速两栖车辆性能现状随着现代战争范围和形式的扩大，作战方式对两河车辆战术能力的要求越来越高。特别是高速两万辆军用车是各国军队最重要的开发和开发装备之一。高速军用车辆是海上、海洋、登陆和岛屿作战中最重要的作战车辆，在发挥了重要作用。然而，由于使用两栖车辆的特殊性，它可以确保水上航行时不满足地面驾驶的需要，因此限制了水上速度的结构。目前，所有国家装备的两栖车辆大多是排水车辆，水上速度小于18公里。实验证明，排水车辆水阻力与速度的1.8.25成正比（见图1）。对该型车,即使合理增加推进动力,由于阻力曲线很陡,其水上速度也不可能有效提高.而通过改进和设计车型,使两栖车能够从外形和结构上有效实现水上航态与地面行驶的实时、合理的转换,已成为高速两栖车设计的基本思路.其中两栖车辆由排水向滑行状态转化,是提高两栖车水上速度的有效途径之一.滑行车体与排水车体相比,其基本特点是:航行时,车辆质量大部分或全部由动浮力支持.静水线的位置随航速不同而变化.实验证明:滑行车体阻力曲线在高于一定速度后会阻力平缓(见图2).这表明滑行车体是一种有效而可行的增速方案,而且它是目前提高两栖车辆快速性最主要的途径.据有关报道,国外已研制出高速两栖突击车AAAV(见图3),航速可达37～46km/h,属于纯滑行板式车体.同时,有资料报道俄罗斯已研制出三栖车辆.它是能在水面行驶和起飞,地面也可高速行驶的三用车辆;估计在水面采用的是水翼、机翼与滑行板相结合的结构形式.本文介绍滑行板式高速两栖滑行车体的方案设计与阻力分析.2滑动车辆的机理分析2.1滑动车辆的水源性能和阻力组成(1)旋转轴摩擦阻力为研究滑行车体的阻力特性,分析动浮力对阻力的影响,可以用有限宽平板在真实流体中的水动性能来分析其机理.设平板以速度V0沿流体静表面以冲角a运动,依运动转换原理,可认为板不动,流体运动,板处于滑行状态,P0为大气压.如图4.平板沿航向、车宽均有绕流.板滑行时底部产生高压,并形成喷溅水流,产生喷溅阻力,同时产生有摩擦阻力,流体重力影响将产生兴波阻力,沿车宽中间压力为最大,两侧最小.平板受力为:升力L=Y+Y0-Fy=D,其中Y为不计重力影响的理想流体中滑行升力,Y=12ρv2scy=πα1+2λ12ρv2BlY=12ρv2scy=πα1+2λ12ρv2Bl;Y0为静浮力,Y0=γBlα(l0l-0.5)Y0=γBlα(l0l−0.5);Fy为摩擦力所致升力的减小量,可忽略不计.阻力R=X+Fx+Pgx其中X为喷溅阻力,X=πα21+2λ12ρv2Bl=RδX=πα21+2λ12ρv2Bl=Rδ;Fx为摩擦阻力,Fx=Rf=18ρv2BlCfFx=Rf=18ρv2BlCf;Pqx为兴波阻力,Ρgx=Rw=γBlα2(l0l-0.5)Pgx=Rw=γBlα2(l0l−0.5)(2)高速车行驶性能测试由于滑行两栖车体其动浮力作用机理与平板滑行相同.因此其阻力构成为:Rt=Rf+Rδ+Rw+Rap+Raa.Rt=Rf+Rδ+Rw+Rap+Raa.其中Rf,Rδ,Rw同上,Rap,Raa为附体阻力与空气阻力.由于实际滑行车体底面并不一定是规则平面,而且有局部不平整、不光滑的可能形式,同时,绝大部分高速车只能处于过渡航行状态.因此,车体外形将对滑行性能有很大影响,包括对滑行阻力的影响.(3)车辆底部阻力的影响由于滑行车体速度快,车体底部处于高压区,因此,其附体阻力所占阻力比例将比通常车体大(见图5).特别是车辆底部的悬垂物或突出物在高压区会产生高阻,使航速降低,减小动浮力.因此,实现滑行最主要的措施是从结构上去实现底部平面化.2.2纯滑动状态水中的两栖车辆作为船舶的一种形式,其航态同样可由巴甫连柯数FnΔ=v/√gΔ13FnΔ=v/gΔ13−−−−√来划分状态.通常FnΔ<1为排水状态;FnΔ>3为纯滑行状态;1≤FnΔ≤3为过渡航态.高速两栖车均处于FnΔ>1的航态范围.两栖车辆航态的变化标志着动浮力作用大小的改变,通常动浮力产生方式有三种形式,即滑行板式、水翼式、气垫式.由于水陆车辆的负荷大,它相对于通常的快艇是超负荷的.同时,滑行车体水陆车辆的升力与阻力比值不可能接近普通飞行器的这一值.因此水陆滑行车的实现仍有许多难点,但是,我们只要从结构、外形设计中作出重大改进设计增加静、动浮力的比例,控制好航态,增加推力,减小阻力,提高航速是可以实现的.3较静态水面下的员工阻力两栖高速滑行车体是采用大功率的发动机和特殊化结构形式车体来实现高速航行的.然而,由于航行水域的限制、波浪的影响与作战任务的区分,滑行车体的水上速度受到限制.通常,滑行车体在比较平静水域中高速行驶时其减小的阻力非常有利,但在汹涌的海浪中其滑行速度由于功率需求要大很多(近1m高的浪大60%)以及垂直加速度超过人的许可极限.因此,在近1m高的海域内最大航速也将低于16km/h.以下我们主要分析不计波浪的较平静水面下航行的滑行车体的阻力.3.1双转速下的剩余阻力其阻力Rt=Ltgτ+Rfcosτ由于冲角τ一般很小,故cosτ≈1.且在全滑行状态下升力L=排水量Δ,则得:Rt=Δtgτ+Rf其中Δtgτ为剩余阻力,Rf为摩擦阻力.剩余阻力包括兴波阻力Rw和喷溅阻力Rsp(即Rδ).研究表明:当航速增大时兴波阻力在滑行体的剩余阻力中的成分逐渐减少.喷溅阻力将随航速增大而迅速增大,如图6所示.一般巴甫连柯数在3左右开始滑行.3.2影响滑动阻力的因素(1)最佳行人纵倾角滑行车体剩余阻力随纵倾角而变化、即随航行纵倾角增大而增大.但纵倾角增大又会使车体湿面积减小、摩擦阻力下降,在一定排档与航速下必有一对应于最小阻力的“最佳航行纵倾角”,(见图7)故通过调节纵倾角可以改善阻力性能.与纵倾角有关的因素有前浮箱形式、前滑行板倾角以及重心纵向位置.(2)平衡重较小且侧防浪板辅助运行,更一般在半主体面施工的地方设计以改善两两栖滑行车体底面一般为平面,阻力小,但稳定性差,难以操纵,且在汹涛中航行时将受到很大拍击作用.因此,两栖高速滑行车体一般在比较平静水面航行,并加装侧防浪板以改善其稳定性与抗风浪能力.(3)浮箱+加大润滑面积两栖滑行车辆负荷较重,阻力较大,因此,为了改善其滑行性能,通常采用加大滑行面积和加装浮箱的形式来解决.同样,其所需推进力也比普通滑行艇大很多.(4)纵轴的垂直位置重心纵向位置的改变将改变纵倾角,从而改变阻力,因此,在一定排水量和车宽下,有最佳的重心纵向位置与最佳纵倾角相对应.(5)汽车宽车宽一般受陆上行驶、运输限制,通常不变,但车宽增大有助于增大动浮力.因此,增加侧防浪板的倾角也可起到增加车宽的作用.3.3试验资料及估计对滑行两栖车辆阻力估算通常有两种方法:一种是应用滑行平板资料估算滑行艇阻力的方法来估算滑行两栖车辆阻力,一种是应用试验资料.但由于国内还没有滑行两栖车样车,故只能通过滑行平板资料进行预估.应用18届国际船模试验池会议指出的结论:滑行艇(含滑行车体)在滑行阶段的裸车体总阻力应为:(具体方法及公式含义详见参考文献)Rt=Δtgτ+Rf+RspfRf=12ρvm2S(Cf+ΔCf)Rspf=12ρv2sSspcosθ(Cf+ΔCf)4结构降阻设计从滑行车体机理与阻力分析可知,影响阻力的因素有车体形状尺寸、车重与质量分布、航行纵倾角(即冲角)、浸湿面形状、摩擦阻力系数以及附体阻力.为实现滑行状态其方案设计思想是从结构上降阻,并增加动浮力;同时,从动力和车形的设计上增加推进力,并从结构布置上考虑车辆动、静平衡姿态对滑行的影响.而车体的外型设计主要以降阻增速为最终设计目标.其中两栖滑行车降阻的核心是从结构上使底面平板化,减小附体阻力;增大滑行板面积,增大动静浮力;从质量分布上考虑动、静平衡姿态,并选择最佳冲角来进行设计.4.1车辆的主要运行过程两栖车辆由于陆上行驶需要,有轮式、履带式行驶结构突出车底面,而且,为获得较好的陆上性能,还需要尺寸很大的轮胎.这样,水陆功能在结构上的矛盾要求必须采取可伸缩式悬挂机构来解决.它采取在水中将行动部分收起与车底面相平,进行航行,登陆前再将其放回,并锁定,实施登陆和地面行驶.对轮式车辆,可伸缩式悬挂形式要考虑轮胎收放的实现以及动力驱动和转向形式.对履带车辆,主要考虑负重轮的收放实现和履带的张紧与松驰,一般采用小负重轮形式.但履带的张紧与回放的控制也必须与收放动作相协调一致.由于其调节应随水陆转换而改变,因此,必须采用自动调节机构.通常有两种形式:一种为旋转机构,一种是采用张紧补偿机构.前者由外加动力自动控制其旋转机构,并通过自动控制诱导轮的旋转来调节履带.它在诱导轮轴上装有驱动器和控制装置.该形式结构复杂,需要附加动力,但可以有效实现自动控制.后者是张紧补偿装置,它采用诱导轮与第一诱导轮与第一负重轮联动来实现.4.2滑态改善的对策由于履带式两栖车辆负荷比较重,因此,必须增加滑行板面积,增加动浮力平衡负荷,同时,前端加装滑行板也有助于选择最佳冲角,后端加装滑行板有助于改善推进对滑行态的影响,如图3所示结构,前后侧翼防浪板均能发挥滑行板作用.滑行板的收放及其调节也必须设计相应的自动调节机构.两栖车辆随着航速增加,有车首下倾,车尾提升,车中央上升的情况,如图8所示,当到达一定航速时,航态处于稳定,滑行车会有抬出水面滑行的趋势.不合理的结构常常会使车辆有埋首现象,即使动力阻力均符合要求,但由于姿态改变也实现不了滑行,因此考虑姿态是方案设计中重要的环节,为改善姿态通常要考虑以下因素:(1)纵向一体化在车辆总体设计中,必须对车体及其部件的布置从车体平衡上考虑,首先保证重心位于纵向中心线,而且尽可能低,这是水陆行驶共同的要求;但对于重心纵向位置的确定必须从两方面综合考虑:从航态上考虑,在车体总体尺寸确定下,使滑行时不发生前倾为前提,从航行水阻力上考虑,应选择与最小总阻力对应的最佳冲角的重心纵向位置.(2)车辆的截面形状车重与车形尺寸将直接决定滑行车体的排水量和动、静浮态,从而影响着其水上的航行阻力;特别是它的底面形状和纵倾角对两栖车航行的影响最为明显.设计中车重应能保证既满足功能的需要,又可具有良好的静浮态和动浮态,顺利实现低速排水或过渡航行和高速滑行.车形尺寸应使车体具有一定储备的动静浮力,并具有最佳的前纵倾角和底面形状;使两栖车航行时能实现阻力最小和姿态良好.(3)前眼底倾角确定防浪板设计包括其防浪高度和倾角设计.其防浪高度由动、静浮态来确定.前底面